Naukowcy MIBMiK scharakteryzowali nowy odmienny sposób działania odwrotnej transkryptazy

Białka są podstawowym budulcem każdego organizmu. Są one zakodowane w genach, zapisanych w DNA. W pierwszym etapie syntezy białka, polimeraza RNA przepisuje sekwencję DNA genu do RNA. Odwrotny proces syntezy DNA z RNA jest nazywany odwrotną transkrypcją i jest wykorzystywany przez retrowirusy, np. przez HIV-1, który wywołuje AIDS. Podczas odwrotnej transkrypcji genom wirusa zbudowany z RNA przekształca się w dwuniciowe DNA, które jest następnie wbudowane do genomu gospodarza. Enzymy, które katalizują proces odwrotnej transkrypcji są nazywane odwrotnymi transkryptazami (RT). Zawierają one dwa elementy: polimerazę i RNazę H. Polimeraza jest odpowiedzialna za syntezę nici DNA w oparciu o RNA. RNaza H usuwa wirusowe RNA z podwójnych helis RNA/DNA, które występują, jako produkt pośredni w reakcji odwrotnej transkrypcji.

Retrowirusy dzielą się na dwie podrodziny Orthoretrovirinae, do której zaliczamy np. wirusa HIV-1 oraz Spumaretrovirinae (Spumawirusy), do której należy np. małpi pienisty wirus (z ang. Simian foamy virus SFV). Spumawirusy, zwane również wirusami pienistymi (ang. foamy viruses (FV)) charakteryzują się wyjątkową wśród retrowirusów cechą: jak dotąd nie przypisano im zdolności wywoływania chorób. Jest to jedna z cech, która sprawia, że wirusy te są dobrym narzędziem do zastosowania w terapii genowej. Ponadto są najstarszą grupą retrowirusów i współistniały ze swoim gospodarzem od ponad 100 milionów lat, co mogło przyczynić się do braku ich patogenności. Odwrotną transkryptazą pochodzenia spumawirusowego, jako jedyne białko tego typu, zawiera dodatkową domenę PR umiejscowioną na N-końcu białka.

Naukowcy z Laboratorium Struktury Białka, jako pierwsi rozwiązali struktury przestrzenne białek PR-RT z FV. Przy użyciu metod krystalografii białek rozwiązano dwie struktury, w których obecny jest kwas nukleinowy (dwuniciowe DNA lub hybryda RNA/DNA). Pozwoliło to na opisanie mechanizmu wiązania substratu przez spumawirusowe odwrotne transkryptazy. Dodatkowo, badania strukturalne oraz biochemiczne pokazały, że białko przyjmuje formę monomeryczną po związaniu hybrydy oraz formę asymetrycznego dimeru w obecności dsDNA. Jest to cecha, która odróżnia tę odwrotną transkryptazę od pozostałych, z których każda funkcjonuje wyłącznie jako dimer (np. białko z wirusa HIV-1) albo monomer.

Struktura kompleksu FV PR-RT i dsDNA została rozwiązana przy użyciu przełomowej techniki wysokorozdzielczej mikroskopii elektronowej (cryo-EM), co dodatkowo potwierdziło dimeryzację białka na tego typu substracie. Jest to pierwsza struktura cryo-EM opublikowana przez pracowników Laboratorium Struktury Białka.

Wyniki prac zostały opublikowane w czasopiśmie Journal of Virology. Pełna treść artykułu:
Nowacka M, Nowak E, Czarnocki-Cieciura M, Jackiewicz J, Skowronek K, Szczepanowski RH, Wöhrl BM, Nowotny M. 2021. Structures of substrate complexes of foamy viral protease-reverse transcriptase. J Virol 95:e00848-21.

 

Fig

Model atomowy wpasowany w rekonstrukcję cryo-EM kompleksu spumawirusowej odwrotnej transkryprazy w kompleksie z dsDNA oraz kryształy kompleksu tego białka z hybrydą RNA/DNA.