Как вирусы обманывают заражённую клетку. Научное исследование
Коллектив учёных из МГУ, Института белка РАН и других организаций опубликовал большой обзор о необычных приёмах, с помощью которых вирусы заставляют заражённую клетку синтезировать свои белки взамен тех, которые нужны ей самой.
Статья вышла в юбилейном сборнике журнала «Биохимия», посвящённом памяти академика Александра Сергеевича Спирина.
Наша планета населена вирусами, многие из которых представляют опасность для здоровья и жизни людей. Вирусы – это молекулярные паразиты, они не только используют ресурсы заражённой клетки, но и «берут в аренду» многие её 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, требует такого огромного количества энергии и скоординированной работы такого большого числа генов, 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, - рассказывает младший научный сотрудник НИИ ФХБ имени А.Н.Белозерского МГУ Иван Сорокин, соавтор статьи. – 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».
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», - продолжает Иван. - 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».
«Биосинтез белка – это ахиллесова пята вирусов, поскольку здоровой клетке обычно не нужно синтезировать белок в таких больших количествах, как при вирусной инфекции, - продолжает мысль другой соавтор, заведующий отделом взаимодействия вирусов с клеткой НИИ ФХБ имени А.Н.Белозерского МГУ Сергей Дмитриев. - 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 учёного, внёсшего 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».
Обзор вышел в двух версиях – на русском и на английском языках. На официальном сайте журнала «Биохимия» можно найти и другие интереснейшие статьи, составившие два юбилейных выпуска, которые увидели свет в августе и в сентябре Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда.