Se ha revelado un esquema sorprendente de la maquinaria de replicación del genoma viral

Crédito: Pixabay/CC0 Dominio público

Los virus de ARN, como el coronavirus que causa el COVID-19, se encuentran en una carrera de vida o muerte una vez que infectan una célula.


Estos virus tienen solo unos minutos para establecer la maquinaria de copia en el interior. la célula huésped Antes de que las instrucciones genéticas en los genomas de ARN débil, que son mucho más frágiles que el ADN, fueran destruidas por el mantenimiento celular. Si tiene éxito, el virus podría pasar de unas pocas copias de su genoma de ARN a medio millón de copias incorporadas en nuevas partículas infecciosas en menos de 12 horas. Si no, el virus muere.

En una investigación publicada en línea el 24 de enero por Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS)El Instituto de Investigación Morgridge arrojó nueva luz sobre estas primeras etapas críticas de la infección y el control del virus. Los investigadores han desarrollado nuevas formas de liberar compuestos de ARN viral de las células y visualizarlos de formas complejas a través de microscopía crioelectrónica (crio-EM).

Cryo-EM combina imágenes altamente avanzadas con un análisis computacional integral para permitir a los científicos visualizar moléculas ultracongeladas en su estado prístino a nivel molecular. resolución atómicadando ideas revolucionarias sobre Composición biológicaque podría servir como una base sólida para desarrollar terapias para frustrar la enfermedad.

El equipo de investigación está dirigido por Paul Alquist, director del Centro de Virología John and Jane Roe del instituto y profesor de virología molecular y oncología en la Universidad de Wisconsin-Madison. El equipo incluye a los científicos Hong Zhan, Nuruddin Unchwaniwala y Johan den Boon, el investigador de Morgridge y profesor de bioquímica de UW-Madison Tim Grant, y los coautores Andrea Rebolledo-Viveros, Janice Pennington, Mark Horswill, Roma Broadberry y Jonathan Myers.

Este video demuestra el ensamblaje molecular del núcleo ‘proto-corona’ del complejo de replicación del genoma del virus ARN. Este epítopo contiene 12 copias contiguas de una sola proteína de replicación de ARN viral. Crédito: Instituto de Investigación Morgridge

La mayoría de los genes microbianos y del huésped funcionan en grandes complejos de proteínas que actúan como máquinas moleculares. Sin embargo, las estructuras de estos ensamblajes críticos eran en gran parte desconocidas, lo que limitaba en gran medida la comprensión y el control de los procesos relacionados. en En 2017, utilizando un modelo de virus avanzado, el laboratorio de Ahlquist presentó un Primera imagen completa de un complejo de replicación de ARN viral Su organización es notable.

Descubrieron que el «cromosoma» del ARN genómico viral paterno está fuertemente enrollado dentro de una vesícula de membrana protectora, y descubrieron que el canal del núcleo al citoplasma es el sitio del ARN viral real. Máquinas de replicación– el motor dinámico y multifuncional de la transcripción del genoma – en un complejo cíclico homólogo de 12 veces previamente desconocido que llamaron ‘corona’.

Ahora, en su nuevo artículo en PNASEl equipo da otro salto al revelar la estructura compleja de esta corona molecular y sus dominios enzimáticos constituyentes desde la resolución atómica hasta la subatómica. Estos resultados de resolución significativamente más alta muestran cuántos módulos funcionales distintos de este motor simétrico están dispuestos, proporcionando una base básica para trabajar en su ensamblaje, su operación dinámica y las formas de interactuar con ambos.

A modo de comparación, el primer autor Hong Zhan dice: «Las primeras visualizaciones de la máquina de coronas realizadas por nuestro laboratorio en 2017 fueron como definir la presencia y el contorno general de un edificio. La nueva resolución de 2023 es como representar detalles finos, como el cableado eléctrico y la puerta». Cerraduras.»

«En virología, los complejos en los que la gente se ha centrado hasta ahora han sido partículas infecciosas que viajan entre las células, que son relativamente fáciles de purificar y estudiar porque se liberan de las células», dice Alquist.

«Sin embargo, la mayor parte de la replicación del virus tiene lugar en un entorno complejo dentro de las células», añade. «Este es un nuevo capítulo en el que hemos podido entrar en las células para capturar y obtener imágenes de detalles más finos de la compleja maquinaria viral que lleva a cabo los eventos centrales de la replicación viral».

El miembro del equipo Johan den Bonn señala que, entre otros hallazgos, encontraron que «la corona está hecha de dos bucles de 12 mer apilados de una proteína de repetición de ARN viral grande, cuyos múltiples dominios brindan todas las funciones necesarias para ensamblar nuevas copias de genómica viral». ARN.» Por lo tanto, las proteínas en los bucles superior e inferior difieren significativamente, con sus dominios constituyentes en diferentes posiciones entre sí».

Una implicación de esto es que los mismos dominios de proteínas funcionan de formas distintas en los bucles superior e inferior. Varias otras características confirman que la corona no es una estructura estática sino una máquina activa en evolución que avanza y gira a través de una serie de movimientos para llevar a cabo sus actividades sucesivas. Sobre la base de esta estructura y otros experimentos específicos, el equipo de Morgridge está demostrando las funciones de la corona y la gimnasia armónica.

Otro hallazgo valioso de estos estudios es que el bucle inferior de 12 mer es un precursor de ensamblaje que se forma antes de los pasos reales de la replicación del ARN. Esta «protocorona» recluta la plantilla de ARN genómico viral y otros componentes para iniciar la síntesis de ARN nuevo y actúa como base para el ensamblaje del complejo de transcripción de doble cadena maduro.

La creciente evidencia indica que la corona no solo hace nuevas copias del genoma del ARN viral, sino que también ayuda a entregar estos nuevos genomas a los procesos posteriores de expresión génica y ensamblaje de nuevas partículas virales infecciosas. Por lo tanto, la corona parece proporcionar funciones clave para regular varias etapas críticas durante la infección.

«Simplemente ralentizar el ensamblaje y la función de los complejos de replicación de ARN es suficiente para matar estos virus», dice Ahlquist. «Estos nuevos hallazgos proporcionan una base sólida para encontrar nuevas formas de hacer esto».

Ahlkquist y otros Miembros del equipo Felicitar al Centro de Investigación UW-Madison Cryo-EM (CEMRC) y su liderazgo como fundamental para su progreso. CEMRC hace que esta valiosa tecnología sea accesible para docenas de científicos en todo el campus de UW-Madison y, como centro nacional, mucho más allá. Dirigido por la profesora de bioquímica Elizabeth Wright, CEMRC proporciona capacidades avanzadas en todas las formas de imágenes crio-EM.

Los hallazgos emergentes del grupo de Morgridge y otros investigadores indican que los principios revelados por estos estudios son evolutivamente antiguos, y que los complejos en forma de corona son fundamentales para la replicación de la mayoría, si no todos, los virus de ARN en esta gran clase. Esto incluye el coronavirus COVID-19 SARS-CoV-2 y muchos otros patógenos.

En consecuencia, los principios básicos preservados pueden servir como base para desarrollar estrategias antivirales de amplio espectro más sólidas que pueden prevenir la infección no solo por un grupo de virus, sino por un grupo completo de virus, dice Alquist.

más información:
Hong Zhan et al, La estructura de la corona de replicación del ARN de Nodavirus revela un cambio conformacional de protocorona y proteína viral A, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias (2023). DOI: 10.1073/pnas.2217412120

La frase: Esquema sorprendentemente revelado de la maquinaria de replicación del genoma viral (24 de enero de 2023) Obtenido el 24 de enero de 2023 de https://phys.org/news/2023-01-stunningly-blueprint-revealed-viral-genome.html

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