Исследователи из МГУ, Института белка РАН и других организаций опубликовали большой обзор о необычных приемах, с помощью которых вирусы заставляют зараженную клетку синтезировать свои белки взамен тех, которые нужны ей самой.
Наша планета населена вирусами, многие из которых представляют опасность для здоровья и жизни людей. Вирусы – это молекулярные паразиты, они не только используют ресурсы зараженной клетки, но и «берут в аренду» многие ее детали и механизмы, вместо оплаты производя тысячи новых вирусных частиц.
Вирусы бывают разными – некоторые из них имеют такой большой геном, что в нём могли бы быть закодированы едва ли не все компоненты, необходимые для примитивной клеточной жизни.
Однако есть механизм, детали которого, по-видимому, никогда не представлены у них в полном комплекте, – это трансляционный аппарат, необходимый для биосинтеза белка.
Его центральным компонентом является рибосома – сложная молекулярная машина, состоящая из большого количества разнообразных частей, рибосомных РНК и белков.
Возможно, дело здесь в том, что сборка этой машины настолько сложна,, что «носить это всё с собой» просто нецелесообразно: куда проще воспользоваться готовым. Однако это делает вирусы полностью зависимыми от клеточного трансляционного аппарата, и чтобы обеспечить синтез своих белков, вирусам приходится вступать в конкуренцию с матричными РНК (мРНК), кодирующими белки самой клетки.
«Вот тут-то вирусам и приходится применять многочисленные уловки. Например, на одном из концов клеточных мРНК, с которым обычно связывается рибосома, есть особая химическая структура, которая называется «кэпом».
Одна из главных функций кэпа заключается в том, что с ним связываются специальные клеточные белки (кэп-связывающие факторы), которые потом привлекают рибосому и таким образом способствуют началу (инициации) трансляции. Так вот, мРНК многих вирусов не имеют кэпа, но в ходе эволюции они научились обращать этот недостаток в преимущество. Так, вирус полиомиелита кодирует специальный фермент (протеазу), разрезающую кеп-связывающий белок клетки.
Она сразу «выводит из игры» клеточные мРНК. При этом РНК самого вируса содержит специальный участок (IRES), который связывает «обрезок» этого фактора –благодаря этому вирусная мРНК продолжает транслироваться как ни в чём ни бывало», – рассказал младший научный сотрудник НИИ ФХБ имени А.Н.Белозерского МГУ Иван Сорокин, соавтор статьи.
У некоторых вирусов на конце вместо кэпа расположен маленький вирусный белок (VPg), который связывает те же факторы, что и кэп. А многие вирусы растений имеют специальные сигналы (3’ CITE) на противоположном конце мРНК, но благодаря замыканию молекулы мРНК в кольцо, у них тоже получается привлекать рибосому в нужное место.
«А вот небезызвестный коронавирус SARS-CoV-2, вызвавший нынешнюю пандемию COVID-19, применяет совсем другой «приём». Он кодирует белок, который «затыкает» рибосому подобно пробке и не даёт ей связываться с клеточными мРНК. В то же время все мРНК самого коронавируса содержат особую структуру, которая способна вытеснять «пробку» на время их трансляции. И таких хитростей множество. Вот их мы и рассматриваем в нашем обзоре», - отметил ученый.
«Биосинтез белка – это ахиллесова пята вирусов, поскольку здоровой клетке обычно не нужно синтезировать белок в таких больших количествах, как при вирусной инфекции. Многие низкомолекулярные вещества, подавляющие трансляцию, могут оказаться потенциальными антивирусными препаратами широкого спектра действия.
А понимание таких специфических механизмов трансляции, которые мы рассматриваем в нашем обзоре, может помочь в борьбе с конкретными вирусными инфекциями. Однако у нашего обзора была и ещё одна цель.
Его написанием мы хотели отдать должное памяти академика Спирина, замечательного ученого, внесшего огромный вклад в изучение биосинтеза белка и занимавшегося в том числе и исследованиями трансляции вирусных мРНК. В состав нашего коллектива вошли ученики и друзья Александра Сергеевича, его коллеги, соавторы и сотрудники, работавшие с ним в Институте белка РАН, на биологическом факультете и в НИИ ФХБ МГУ», - добавил другой соавтор, заведующий отделом взаимодействия вирусов с клеткой НИИ ФХБ имени А.Н.Белозерского МГУ Сергей Дмитриев.
Обзор вышел в двух версиях – на русском и на английском языках. Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда.