Когда вирусы заражают клетки организма, эти клетки сталкиваются с трудной проблемой. Как они могут уничтожать вирусы, не причиняя себе вреда? Ученые из Университета здоровья штата Юта нашли ответ, визуализировав крошечную клеточную машину, которая измельчает генетический материал вирусов на кусочки. Их исследование показывает, как машина обнаруживает злоумышленников и обрабатывает их для уничтожения, чтобы защитить клетки и предотвратить распространение инфекции.
«Борьба с вирусами необходима для выживания», - говорит Бренда Басс, доктор философии, выдающийся профессор биохимии в U of U He alth, которая руководила исследованием вместе с доцентом Питером Шеном, доктором философии. Д. «Удивительно наблюдать, как эволюционировала биология, чтобы решить эту проблему». Их выводы будут опубликованы онлайн в журнале Science 21 декабря.
Басс, Шен и их коллеги исследовали одну из таких специализированных машин, белок обыкновенной плодовой мухи Drosophila melanogaster. Теперь, когда ученые знают, как работает белок мух, они могут использовать те же приемы для борьбы с вирусами, вызывающими болезни человека.
На первый взгляд, L-образный белок, метко названный Dicer, не выглядит чем-то особенным. Но поместите его рядом с вирусом, и его свойства, подобные мачете, оживут. Вирусы распространяют инфекцию, реплицируя и копируя свой геномный материал внутри клетки, и во время этого процесса создают двухцепочечную РНК (дцРНК). Дайсер избавляет клетку от злоумышленника, хватаясь за веревкообразную дцРНК и разрезая ее на куски по мере наматывания.
Одно небольшое различие между вирусной и клеточной dsRNA ответственно за выдачу вируса как нежелательного нарушителя. Концы обеих цепей вирусной дцРНК ровные, тогда как одна цепочка клеточной дцРНК немного длиннее на конце.
«Дайсер должен быть осторожен с тем, что он уничтожает, потому что иначе он отключит ячейку», - объясняет аспирант и первый автор Ниладри Синха. «Наблюдение за тем, как работает Dicer, дает ответ на давний вопрос о том, как антивирусные рецепторы могут различать «я» от «чужого».
Это свойство важно по нескольким причинам. В рамках нормальной клеточной функции Dicer также разрезает дцРНК, вырабатываемую клеткой. Это исследование впервые показывает, что эта единственная машина обрабатывает дцРНК вирусов, используя совершенно другой механизм.
В некотором смысле, этот новый взгляд на Dicer разрабатывался почти 20 лет. Когда Басс впервые начала исследовать белок, она заметила, что в нем есть область, известная как геликазный домен. Но все эти годы никто не знал почему. Чистое любопытство побудило ее сотрудничать с Шеном, чтобы определить, поможет ли наблюдение за белком ответить на этот вопрос.
Для этого они мгновенно заморозили и проанализировали Дайсера с помощью криоэлектронной микроскопии, технологии, удостоенной Нобелевской премии в этом году. Несмотря на использование передовых методологий, было непросто получить картину взаимодействия белка с вирусной РНК. Дайсер крошечный даже по стандартам крио-ЭМ. Кроме того, он изгибается и двигается, что затрудняет его фиксацию.
Ученые преодолели эти трудности, используя биохимию, чтобы зафиксировать пару в определенных позах, а затем сделав сотни тысяч изображений. Они обнаружили, что таинственный геликазный домен определяет ранее неизвестный механизм уничтожения вируса: он распознает злоумышленника и наматывает его непосредственно перед тем, как убить. Важно отметить, что как только геликаза захватывает вирусный материал, она не осмеливается отпустить его, что повышает его шансы на искоренение инфекции.
«Что мне нравится в этом, так это то, что мы понятия не имели, как работает фермент. Просто взглянув на него, мы обнаружили нечто неожиданное», - говорит Шен.
Возможно, Dicer работает таким образом только у мух. Но у биологии есть привычка повторно использовать хорошо работающие инструменты.«Я уверен, что люди будут думать, что, возможно, при определенных условиях или в присутствии дополнительных белковых факторов человеческий Dicer может вести себя как муха». Такое открытие может дать ученым новые способы борьбы с вирусной инфекцией и реакцию нашего организма на инфекцию.