Typowe mechanizmy zamykania translacji przez koronawirusy

Wydaje się, że niestrukturalne białko 1 (Nsp1) wytwarzane przez koronawirusy hamuje syntezę białek gospodarza w zainfekowanych komórkach. Poprzednie badania wykazały, że domena C-końcowa (CTD) koronawirusa zespołu ostrej niewydolności oddechowej 2 (SARS-CoV-2) Nsp1 wiąże się z małą podjednostką rybosomu i hamuje translację. Nadal jednak nie wiadomo, czy jest to powszechnie stosowany mechanizm przez koronawirusy.

W niedawnym badaniu opublikowanym na bioRxiv* preprint server, naukowcy badają Nsp1 wirusa SARS-CoV-2, koronawirusa zespołu oddechowego Bliskiego Wschodu (MERS-CoV) i Bat-Hp-CoV za pomocą testów biofizycznych, strukturalnych i biochemicznych.

pobyt: Globalne cechy zamykania translacji za pośrednictwem Nsp1 przez koronawirusy. Źródło zdjęcia: Jerome-Cronenberger/Shutterstock.com

*Ważna uwaga: bioRxiv Publikuje wstępne raporty naukowe, które nie zostały zrecenzowane i dlatego nie powinny być uważane za rozstrzygające, kierujące praktyką kliniczną/zachowaniami zdrowotnymi lub traktowane jako twarde informacje.

tło

Zakażenie przedstawicielami rodzaju betakoronawirus (β-CoV) powoduje poważne choroby układu oddechowego u ludzi. Nieulegający translacji region 5′ (5’UTR) wyznacza początek około 30 kb genomu coV-CoV, który zawiera wiele otwartych ramek odczytu (ORF) kodujących białka i kończy się poliadenylowanym 3’UTR.

Kilka Nsp łącznie pomaga w infekcji wirusowej poprzez niejasne mechanizmy. Zatem lepsze zrozumienie tych mechanizmów mogłoby przyspieszyć rozwój nowych terapii.

SARS-CoV-2 Nsp1 CTD wiąże się z regionem wejścia kanału mRNA na podjednostce 40S, gdzie w skomplikowany sposób łączy mRNA i hamuje translację. Nie jest jasne, czy inne białka Nsp1-CoV uczestniczą w tym mechanistycznym działaniu.

o studiowaniu

W obecnym badaniu białka Nsp1 wybrano spośród trzech reprezentatywnych β-CoV. Należą do nich SARS-CoV-2 Sarbecovirus, podrodzaj MERS-CoV Merbecovirus i Bat-Hp-CoV. Bat-Hp-CoV, jedyny członek podtypu Hibecovirus, został wybrany, ponieważ wiąże się z ludzkim rybosomem.

Głównym celem tego badania jest uzyskanie dowodów biochemicznych i strukturalnych wykazujących, że Nsp1 z wybranych All-CoV hamuje translację mRNA gospodarza poprzez wiązanie się z kanałem mRNA podjednostki 40S rybosomu. W tym celu wykorzystano sparowane analizy strukturalne i molekularne, aby wykazać, że domena N-końcowa (NTD) Bat-Hp-CoV Nsp1 wiąże się z centrum dekodowania podjednostki 40S.

Główne wnioski

Wykazano, że wiązanie Nsp1 CTD z kanałowym mRNA podjednostki 40S jest mechanizmem konserwatywnym. Ponadto udokumentowano również unikanie hamowania translacji za pośrednictwem Nsp1 przez mRNA. Ponadto zwizualizowano wiązanie nieuchwytnego NTD Nsp1 z centrum dekodowania podjednostki 40S przy użyciu białka Bat-Hp-CoV jako układu modelowego.

Chociaż zwizualizowano tylko NTD Bat-Hp-CoV Nsp1, dane biochemiczne wskazują, że Nsps ze wszystkich zidentyfikowanych CoV wywierają mechanistyczny wpływ na tryb translacyjny i splicingowy. w laboratorium Eksperymenty z translacją wykazały, że zarówno NTD, jak i CTD znacząco przyczyniają się do hamowania translacji we wszystkich testowanych systemach wirusowych. Ponadto regiony Nsp1 odpowiedzialne za interakcje rybosomalne wydają się być niezbędne do selektywnej translacji wirusowych mRNA.

Ocena względnego zajętości domen Nsp1 na podjednostce 40S ujawniła, że ​​Nsp1 tworzy dwustronną interakcję z podjednostką 40S. Wydaje się, że CTD Nsp1 wiąże się z kanałem wejściowym mRNA 40S z wysokim powinowactwem. Wyniki te są zgodne z poprzednim modelem, w którym domena CTD zakotwicza białko do podjednostki 40S, a Nsp1 NTD szybko próbkuje centrum dekodowania 40S.

Nsp1 NTD i wirusowe mRNA wyewoluowały jako pierwsze i uniknęły hamowania translacji, dopasowując białka Nsp1 z trzech wirusów do odpowiadających im wirusowych mRNA.

Kolejnym etapem była utrata funkcji unikania translacji, spowodowana mutacją krytycznego nukleotydu w pojedynczej pętli macierzystej wirusowego 5’UTR lub konserwatywnej reszty NTD Nsp1. Zatem zdolność hamowania Nsp1 prawdopodobnie spadnie, jeśli wirusowe mRNA konkurują z podjednostką 40S o interakcję z Nsp1 NTD i blokują jego miejsce w centrum dekodowania.

wnioski

Głównym ograniczeniem tego badania jest to, że nie zaobserwowano jeszcze bezpośrednio interakcji między wirusowym mRNA a związanym z rybosomem Nsp1 NTD. Jednak przedstawione tutaj ramy gwarantują znaczną ilość literatury naukowej na temat roli Nsp1.

Odkrycia te stanowią również podstawę do dodatkowych badań nad tym, w jaki sposób koronawirusy, wykorzystując syntezę białek wirusowych, hamują homeostazę odpowiedzi immunologicznej gospodarza. Potrzebne są dalsze badania, aby rozszerzyć te odkrycia i opracować skuteczne terapie przeciwwirusowe ukierunkowane na aktywność Nsp1 w betakoronawirusach.

*Ważna uwaga: bioRxiv Publikuje wstępne raporty naukowe, które nie zostały zrecenzowane i dlatego nie powinny być uważane za rozstrzygające, kierujące praktyką kliniczną/zachowaniami zdrowotnymi lub traktowane jako twarde informacje.