stringtranslate.com

Срывание крышки

Транскрипция мРНК, инициированная вирусной полимеразой с использованием захвата кэпа

Первым шагом транскрипции для некоторых отрицательных одноцепочечных РНК-вирусов является кэп-снэтчинг , при котором первые 10–20 остатков РНК клетки-хозяина удаляются (снэтчируются) и используются в качестве 5′ -кэпа и праймера для инициирования синтеза зарождающейся вирусной мРНК. [1] Затем вирусная РНК-зависимая РНК-полимераза (RdRp) может приступить к транскрипции положительно-полярной вирусной мРНК, используя отрицательно-полярную вирусную РНК в качестве матрицы. Кэп-снэтчинг также объясняет, почему некоторые вирусные мРНК имеют 5′-концевые расширения из 10–20 нуклеотидов, которые не закодированы в геноме. Примерами вирусов, которые участвуют в кэп-снэтчинге, являются вирусы гриппа ( Orthomyxoviridae ), вирус Ласса ( Arenaviridae ), вирус Хантаан ( Hantaviridae ) и вирус лихорадки долины Рифт ( Phenuiviridae ). Большинство вирусов захватывают 15–20 нуклеотидов, за исключением семейств Arenaviridae и Nairoviridae , а также рода Thogotovirus ( Orthomyxoviridae ), которые используют более короткую цепь. [2]

В вирусе гриппа кэп-схватывание происходит в ядре клетки. Функция кэп-схватывающей эндонуклеазы содержится в субъединице PA РНК -полимеразы . [3]

У Arenaviridae и Bunyavirales захват колпачка происходит в цитоплазме. [4]

Этапы кражи крышки

Кража крышек происходит в три основных этапа:

1) Вирусный белок RdRp или N связывается с 5'-метилированной структурой cap-1 или cap-2 мРНК хозяина.

2) Вирусная эндонуклеаза расщепляет мРНК на несколько нуклеотидов ниже кэпа.

3) Кэпированная РНК используется в качестве праймера для инициации синтеза вирусной мРНК, осуществляемого RdRp. [2]

Кэп-схватывание и транскрипция при гриппе

Срывание колпачка лучше всего описано у вирусов гриппа, особенно у гриппа А. У Orthomyxoviridae , вирусного семейства гриппа, RdRp делится на три субъединицы: PA, PB1 и PB2.

           PB1 сначала связывает 5'-конец вирусной РНК (vRNA), активируя PB2 и заставляя 3'-конец vRNA образовывать двухцепочечную зону с 5'-концом. PB2 продолжает связывать клеточную мРНК на 5'-конце, закрытом N7-метилгуанозином (m 7 G). Субъединица PA впоследствии расщепляет последовательность 10-13 нуклеотидов от структуры кэпа посредством эндонуклеазной активности на N-конце. [5] Точное место расщепления зависит как от расстояния между PB2 и PA RdRp (около 50 ангстрем или 10-13 нуклеотидов), так и от последовательности мРНК. Затем субъединица PB1, которая содержит полимеразную активность, первоначально добавляет два новых нуклеотида. Праймер с кэпом перемещается через туннель выхода продукта в домене PB1, чтобы служить праймером для транскрипции. Нуклеотиды vRNA 3'-UCGUUUU не связаны с полимеразой, а свободны для комплементарного связывания с кэпированным праймером РНК для обеспечения стабильности. Затем транскрипция начинается с остатка G или C на 3'-конце кэпированного праймера. [6] Наконец, субъединица PB1 завершает удлинение цепи в каноническом направлении от 5' до 3', освобождая кэп, но сохраняя 5'-конец связанным. Вирусный 3' поли-A-хвост добавляется в конце транскрипции за счет застревания полимеразы из-за стерического препятствия петли vRNA. [7] Полученная вирусная мРНК выглядит идентично мРНК хозяина, что позволяет эндогенным клеточным механизмам выполнять процессинг и ядерный экспорт.

Декэпированные мРНК хозяина подвергаются целенаправленной деградации, что приводит к снижению регуляции клеточной мРНК. RdRp гриппа также взаимодействует с C-терминальным доменом клеточной полимеразы II (Pol II), что потенциально способствует вирусной транскрипции путем изменения конформации RdRp. Кроме того, уменьшая распространенность Pol II, грипп может начать отключать критическую транскрипцию хозяина. [8]

Cap snatching не используется во время репликации. Вместо этого RdRp выполняет шаг «prime and realign», гарантируя, что геном полностью скопирован. В этом механизме RdRp устанавливает праймер внутри, затем vRNA перестраивается для продолжения репликации. [9]

Домен связывания крышки PB2 вируса гриппа имеет уникальную складчатость, но он использует ароматическую укладку для выполнения связывания крышки m 7 G, аналогично другим белкам связывания крышки. PA является членом семейства нуклеаз PD(D/E)XK, которое использует двухвалентные ионы металлов для расщепления нуклеиновой кислоты. Однако у него есть специфический остаток гистидина активного центра, который лигирует ион Mn2+, используемый для расщепления. [5]

Медикаментозная терапия гриппа

В октябре 2018 года FDA США одобрило балоксавир марбоксил для лечения острого неосложненного гриппа , что стало первым новым классом противовирусных препаратов против гриппа за последние два десятилетия. [10] Препарат использует знания о захвате колпачка путем нацеливания и ингибирования эндонуклеазной функции субъединицы PA, что не позволит вирусу инициировать транскрипцию. Балоксавир марбоксил (Xofluza) эффективен против гриппа A и B. [11]

Кепка срываетсяАренавирусыиБуньявирусные

Семейство Arenaviridae и отряд Bunyavirales также являются сегментированными негативными одноцепочечными РНК-вирусами. Подтвержденная зависимая от Mn 2+ эндонуклеаза расположена на N-конце белка L. TN-концевой домен сохраняется между различными семействами, что предполагает эволюционное сходство. Однако домен связывания кэпа не подтвержден для каждого семейства вирусов, но считается, что он расположен в белке L или нуклеокапсида (N или NP).[1] У bunyavirales предпочтения в расщеплении эндонуклеаз и нуклеотидных мотивах различаются между семействами, родами и видами. Это изменение происходит из-за необходимости некоторого спаривания оснований с 3'-концом вирусного генома. [7]

Структура нуклеопротеина в вирусе Ласса ( Arenaviridae ) содержит вторую нуклеазу. Исследователи предполагают, что она участвует в ослаблении реакции интерферона, но она также содержит сайт связывания dTTP, который может использоваться для захвата колпачка. В этой модели белки L и N взаимодействуют в процессе захвата колпачка. Двухдоменная модель также была предложена для хантавирусов, но белок N в вирусе лихорадки долины Рифт ( Phenuiviridae ) не обладает теми же характеристиками. [12]

Кепка срываетсяХантавирусы

Срыв кэпа также был подробно исследован для семейства Hantaviridae ( Bunyavirales ). Есть доказательства того, что белок N связывается с 5'-кэпом и защищает их от деградации клеточными механизмами. Белок N накапливается в цитоплазматических клеточных процессинговых тельцах (P-тельцах), секвестируя защищенные 5'-кэпы в качестве пула доступных праймеров для RdRp, чтобы начать синтез вирусной мРНК. На vRNA есть четыре нуклеотида, которые примыкают к 5'-кэпу для связывания. Вирус предпочтительно расщепляет кэп мРНК на остатке G в 14 нуклеотидах ниже по течению от кэпа. Кроме того, он обычно расщепляет кэпы ​​с бессмысленной мРНК вместо активно транслируемой мРНК. Белок N может защищать кэпы ​​мРНК хозяина без P-тел, но они не используются RdRp так эффективно. [13]

Hantaviridae RdRp также может участвовать в механизме «затравки и перестройки»: олигонуклеотид хозяина затравливает транскрипцию мРНК и инициирует транскрипцию с помощью терминального остатка G. После добавления нескольких нуклеотидов зарождающаяся РНК перестраивается, перемещая два нуклеотида назад на повторяющейся терминальной последовательности (AUCAUCAUC) , так что G хозяина снова становится первым нуклеотидом, создавая 5'-концевое расширение. [14]

Ссылки

  1. ^ Decroly, E; Canard, B (июнь 2017 г.). «Биохимические принципы и ингибиторы для вмешательства в пути вирусного колпачка». Current Opinion in Virology . 24 : 87–96. doi : 10.1016/j.coviro.2017.04.003. PMC  7185569. PMID  28527860 .
  2. ^ ab Декроли, Этьен; Феррон, Франсуа; Лескар, Жюльен; Канар, Бруно (2011-12-05). «Обычные и нетрадиционные механизмы блокировки вирусной мРНК». Nature Reviews. Микробиология . 10 (1): 51–65. doi :10.1038/nrmicro2675. ISSN  1740-1534. PMC 7097100. PMID 22138959  . 
  3. ^ Диас, Александр; Бувье, Дени; Крепен, Тибо; Маккарти, Эндрю А.; Харт, Даррен Дж.; Боден, Флоренс; Кьюсак, Стивен; Руигрок, Роб WH (16.04.2009). «Эндонуклеаза, захватывающая колпачок полимеразы вируса гриппа, находится в субъединице PA». Nature . 458 (7240): 914–918. Bibcode :2009Natur.458..914D. doi :10.1038/nature07745. ISSN  1476-4687. PMID  19194459. S2CID  4421958.
  4. ^ "Cap snatching ~ ViralZone page". viruszone.expasy.org . Получено 2019-12-05 .
  5. ^ ab Crépin, Thibaut; Dias, Alexandre; Palencia, Andrés; Swale, Christopher; Cusack, Stephen; Ruigrok, Rob WH (15.09.2010). "Анализ мутаций и связывания металлов в эндонуклеазном домене субъединицы PA полимеразы вируса гриппа". Journal of Virology . 84 (18): 9096–9104. doi :10.1128/JVI.00995-10. ISSN  0022-538X. PMC 2937609 . PMID  20592097. 
  6. ^ Де Влугт, Кори; Сикора, Дорота; Пелчат, Мартин (16.11.2018). «Взгляд на грипп: захват вируса». Вирусы . 10 (11): 641. doi : 10.3390/v10110641 . ISSN  1999-4915. PMC 6266781. PMID  30453478 . 
  7. ^ ab "Ovid: Добро пожаловать в Ovid". ovidsp.dc2.ovid.com . Получено 2019-12-05 .
  8. ^ Уокер, Александр П.; Фодор, Эрвин (май 2019 г.). «Взаимодействие между вирусом гриппа и транскрипционным аппаратом РНК-полимеразы II хозяина». Тенденции в микробиологии . 27 (5): 398–407. doi :10.1016/j.tim.2018.12.013. ISSN  1878-4380. PMC 6467242. PMID 30642766  . 
  9. ^ Ойманс, Джудит; Те Велтуис, Аартьян Дж. В. (1 февраля 2018 г.). «Механизм прайминга и перестройки во время репликации вируса гриппа А». Журнал вирусологии . 92 (3). doi : 10.1128/JVI.01773-17. ISSN  1098-5514. PMC 5774886. PMID 29118119  . 
  10. ^ Комиссар, Офис. "Пресс-объявления - FDA одобряет новый препарат для лечения гриппа". www.fda.gov . Получено 25.10.2018 .
  11. ^ О'Ханлон, Райан; Шоу, Меган Л. (апрель 2019 г.). «Балоксавир марбоксил: новый препарат от гриппа на рынке». Current Opinion in Virology . 35 : 14–18. doi :10.1016/j.coviro.2019.01.006. ISSN  1879-6265. PMID  30852344. S2CID  73726080.
  12. ^ Морен, Бенджамин; Кутар, Бруно; Лельке, Микаэла; Феррон, Франсуа; Кербер, Роми; Джамал, Саид; Франжёль, Антуан; Баронти, Сесиль; Шаррель, Реми; де Ламбаллери, Ксавье; Фонрейн, Клеменс (16 сентября 2010 г.). «N-концевой домен белка L аренавируса представляет собой эндонуклеазу РНК, необходимую для транскрипции мРНК». ПЛОС Патогены . 6 (9): e1001038. дои : 10.1371/journal.ppat.1001038 . ISSN  1553-7374. ПМЦ 2940758 . ПМИД  20862324. 
  13. ^ Mir, MA; Duran, WA; Hjelle, BL; Ye, C.; Panganiban, AT (2008-12-09). «Хранение клеточных 5′ мРНК-колпачков в P-телцах для вирусного захвата колпачка». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (49): 19294–19299. Bibcode : 2008PNAS..10519294M. doi : 10.1073/pnas.0807211105 . ISSN  0027-8424. PMC 2614755. PMID 19047634  . 
  14. ^ Ченг, Эрдонг; Мир, Мохаммад А. (сентябрь 2012 г.). «Сигнатуры 5'-конца мРНК хозяина для эффективного захвата кэпа хантавируса». Журнал вирусологии . 86 (18): 10173–10185. doi :10.1128/JVI.05560-11. ISSN  1098-5514. PMC 3446632. PMID 22787213  .