Два динамически регулируемых

Nature Communications, том 14, номер статьи: 4977 (2023) Цитировать эту статью

870 Доступов

6 Альтметрика

Подробности о метриках

Многие РНК-вирусы используют внутренние сайты входа в рибосомы (IRES) в своей геномной РНК, чтобы управлять трансляционным механизмом хозяина для репликации. IRES вируса энцефаломиокардита (EMCV) взаимодействует с эукариотическим фактором инициации трансляции 4G (eIF4G), рекрутируя рибосомальную субъединицу для трансляции. Здесь мы анализируем трехмерную структуру комплекса, состоящего из EMCV IRES, фрагмента домена HEAT1 eIF4G и eIF4A, с помощью криоэлектронной микроскопии. Идентифицированы два различных домена, взаимодействующих с eIF4G, на IRES, и образование комплекса изменяет угол между ними. Кроме того, мы исследуем динамику этих доменов с помощью ЯМР-спектроскопии раствора, выявляя конформационные равновесия в масштабе времени от микросекунды до миллисекунды. В малозаселенных конформациях регистр спаривания оснований одного домена смещается при структурном переходе трехстороннего соединения, как и в сложной структуре. Наше исследование дает представление о сложной стратегии вирусной РНК для оптимального стыковки с целью захвата белка-хозяина.

РНК-вирусы подрывают трансляционный аппарат хозяина, задействуя клеточные рибосомы, что важно для стимулирования трансляции вирусного генома для репликации1,2,3,4. Один из таких механизмов использует внутренние сайты входа в рибосомы (IRES) в 5'-нетранслируемых областях генома РНК, которые управляют трансляционным аппаратом хозяина посредством множественных взаимодействий РНК-РНК и/или РНК-белок. Таким образом, регуляция IRES-зависимой трансляции является критическим шагом для заражения и репликации этих вирусов, оказывая множественное влияние на вирулентность, тропизм тканей и патогенность2. Более того, некоторые эукариотические клеточные мРНК могут также использовать IRES-зависимый механизм трансляции для регулирования таких процессов, как развитие и ответы на клеточные стрессы3,4.

IRES представляют собой цис-действующие элементы РНК, которые обычно принимают трехмерные структуры либо для непосредственного взаимодействия с субъединицей рибосомы 40S, либо для задействования факторов трансляции для рекрутирования субъединицы 40S. Среди идентифицированных к настоящему времени IRES вируса энцефаломиокардита (EMCV) семейства Picornaviridae демонстрирует одну из самых высоких эффективности трансляции и требует наличия эукариотических факторов инициации (eIF) 4G, 4A, 2 и 3 для рекрутирования субъединицы 40S для трансляции. инициация5. Это требование EMCV IRES аналогично требованиям некоторых эукариотических клеточных IRES6,7, что указывает на сходство механизмов с эукариотическими аналогами. Элемент EMCV IRES напрямую взаимодействует с доменом HEAT1 eIF4G (eIF4GHEAT1), и это взаимодействие еще больше усиливается, когда eIF4GHEAT1 находится в комплексе с eIF4A8,9 (рис. 1а, б). В EMCV IRES область G680-C787, обозначенная в этом исследовании как JK-St, отвечает за специфический захват eIF4GHEAT1. Ранее мы определили структуру этой области JK-St методом ЯМР-спектроскопии раствора9. Он состоит из двух стеблей-петлей (доменов J и K), ответвляющихся от базового стебля (домена St) (рис. 1в). В трехстороннем соединении высококонсервативная последовательность из шести аденозинов образует короткую ножковую петлю, называемую ASL, которая взаимодействует с доменами J, K и St в части соединения. С помощью биохимических анализов было обнаружено несколько сайтов взаимодействия на JK-St или eIF4GHEAT110,11,12. Хотя eIF4GHEAT1, как сообщается, связывается с клеточными РНК13,14, взаимодействие между JK-St и eIF4GHEAT1 более сильное и более специфичное по последовательности и/или структуре15, что позволяет предположить, что JK-St эволюционировал, чтобы специфически захватывать eIF4GHEAT1. Однако структурный механизм, с помощью которого регион JK-St специфически распознает eIF4GHEAT1, остается в значительной степени неизвестным. Типичные РНК-связывающие белки используют интерфейсы, в которых положительно заряженные остатки, такие как аргинин или лизин, и/или ароматические остатки, такие как тирозин или фенилаланин, группируются и выравниваются для специфического распознавания молекул РНК-мишени16,17,18. Однако в eIF4GHEAT1 отсутствуют кластеры таких остатков12 (дополнительный рисунок 1), что подтверждается предсказанием РНК-связывающих остатков в eIF4GHEAT1 на основе анализа структуры и/или последовательности, выявляющего отсутствие интерфейса связывания РНК19,20. Более того, чтобы захватить и использовать систему трансляции хозяина, вирусная РНК IRES должна связываться с eIF4GHEAT1, не нарушая при этом ее врожденную функцию трансляции; а именно, рекрутирование eIF4A. Чтобы соответствовать этому условию, JK-St должен связываться с eIF4GHEAT1, не конкурируя с eIF4A, что еще больше ограничивает возможные сайты связывания на eIF4GHEAT1.