고도로 보존된 장내 바이러스 5' 클로버잎 RNA 복제 요소의 결정 구조

Nature Communications 14권, 기사 번호: 1955(2023) 이 기사 인용

2622 액세스

17 알트메트릭

측정항목 세부정보

엔테로바이러스 RNA 게놈의 극단적인 5' 말단에는 게놈 복제를 시작하는 데 필요한 3CD 및 PCBP 단백질을 모집하는 보존된 클로버잎 유사 도메인이 포함되어 있습니다. 여기에서 우리는 항체 샤페론과 복합체를 이루는 CVB3 게놈에서 이 도메인의 1.9Å 해상도의 결정 구조를 보고합니다. RNA는 동축으로 쌓인 sA-sD 및 sB-sC 나선이 있는 4개의 하위 도메인으로 구성된 역평행 H형 4방향 접합으로 접힙니다. sC 루프의 보존된 A40과 sD 하위 도메인 내의 Py-Py 나선 사이의 장거리 상호 작용은 sA-sB 및 sC-sD 나선의 거의 평행한 방향을 구성합니다. 우리의 NMR 연구는 이러한 장거리 상호 작용이 샤페론 없이 용액에서 발생한다는 것을 확인합니다. 계통 발생 분석은 우리의 결정 구조가 A40 및 Py-Py 상호 작용을 포함하여 장내 바이러스 클로버잎 유사 도메인의 보존된 아키텍처를 나타냄을 나타냅니다. 단백질 결합 연구는 H자 구조가 바이러스 복제를 위해 3CD 및 PCBP2를 모집하기 위한 기성 플랫폼을 제공한다는 것을 추가로 시사합니다.

Picornaviridae 계통의 장내 바이러스 속에는 감기, 소아마비, 급성 이완성 마비 및 심근염과 같은 많은 인간 질병을 일으키는 수많은 병원성 바이러스가 포함되어 있습니다. 이들 바이러스는 약 7500개의 뉴클레오티드(nts)를 갖는 (+)-센스 단일 가닥 RNA 게놈을 포함하고 있으며, 이는 3' 말단에서 폴리아데닐화되고 5' 말단에서 바이러스 단백질 VPg와 공유결합으로 연결되어 있습니다(그림 1a)4 ,5,6,7. 전체 게놈은 고도로 보존된 5' 및 3' 비번역 영역(UTR) 옆에 있는 단일 개방형 판독 프레임(ORF)으로 구성됩니다. ~750-nt 5'-UTR은 숙주 세포 내에서 바이러스 게놈 번역 및 복제에 필수적인 모듈러 RNA 도메인을 보유합니다(보충 그림 1). ORF 바로 상류에 위치한 위치 90에서 750까지의 5'-UTR의 약 660nt는 캡 독립적 메커니즘을 통해 바이러스 게놈 번역을 촉진하는 내부 리보솜 진입 부위(IRES)에 기여합니다8,9,10,11. 장내 바이러스 게놈의 극단적인 5'말단에 있는 나머지 90nt는 복제에 필수적이며 필요한 바이러스 및 세포 단백질 인자를 통합하는 플랫폼 역할을 하는 클로버잎 유사 RNA 2차 구조(5'CL)를 채택하도록 제안되었습니다. 바이러스 게놈 복제를 시작하기 위한8,12,13,14,15. 여기에서 우리는 장내 바이러스 B 종의 구성원인 콕사키바이러스 B3(CVB3)의 온전한 장내 바이러스 클로버잎 RNA의 고해상도 결정 구조를 보고합니다.

5'CL의 위치와 바이러스 3CD 및 숙주 PCBP 단백질에 대한 추정 결합 부위가 있는 제안된 2차 구조를 묘사하는 엔테로바이러스 게놈의 도식. b Fab BL3-6 결합 에피토프 5'-GAAACAC-3' 모티프가 하위 도메인 sB의 L2 루프를 대체하는 이전 생화학 분석을 기반으로 한 CVB3 5'CL2a 결정화 구조의 2차 구조. 회색으로 표시된 뉴클레오티드는 야생형 서열과 비교하여 돌연변이 또는 삽입을 나타냅니다. c CVB3 5'CL2a의 결정 구조는 Fab BL3-6과 함께 결정화되고 1.9Å 분해능으로 해결되었습니다. Fab는 명확성을 위해 RNA 구조의 회전된 보기에서 가려져 있습니다. 그림 패널과 해당 라벨은 쉽게 비교할 수 있도록 비슷한 색상으로 표시되어 있습니다.

5'CL은 장내 바이러스 속의 모든 구성원 중에서 고도로 보존되어 있습니다. 장내 바이러스 5'CL 사이의 구조적 특징의 높은 보존으로 인해, 교환된 5'CL을 갖는 키메라 장내 바이러스 게놈은 생존 가능한 바이러스 입자를 생성하는 것으로 나타났습니다16,17,18. 제안된 RNA 2차 구조는 sA, sB, sC, sD로 명명된 고도로 조직화된 4개의 하위 도메인으로 구성됩니다(그림 1a). 하위 도메인 sA는 클로버잎의 기본 줄기를 형성하는 반면 하위 도메인 sB, sC 및 sD는 각각 별개의 줄기 루프 구조로 접혀 있습니다. 하위 도메인 sD는 sD 루프와 3C 프로테아제17,19,20,21의 특정 상호 작용을 통해 바이러스 프로테아제 3C 및 바이러스 RNA 의존성 RNA 폴리머라제(RdRp) D의 전구체인 바이러스 융합 단백질 3CD를 모집합니다. 루프에 C가 풍부한 서열이 있는 하위 도메인 sB는 호스트 폴리(C) 결합 단백질(PCBP)을 모집하여 3과 복합체를 이루는 폴리(A) 결합 단백질(PABP)과의 상호 작용을 통해 바이러스 게놈의 순환화를 촉진합니다. '-말단 폴리(A) 꼬리19,22,23,24,25,26,27,28,29. 바이러스 게놈의 2C 코딩 영역 내의 줄기 루프 RNA 도메인 cre도 3CD30,31,32와 상호 작용하여 바이러스 VPg 단백질31,33의 유리딜화를 촉진합니다. -RdRp D30,34에 의한 가닥 RNA 합성. 추가적으로, 5'CL의 서열과 구조적 완전성은 VPg 유리딜화 및 게놈 안정성에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 이는 장내 바이러스 5'CL 내에서 RNA 구조적 특징의 여러 중요한 역할을 강조합니다. 강력한 선택 압력에도 불구하고 장내 바이러스 게놈에서 5'CL의 높은 보존은 바이러스 게놈 동안 바이러스 유래 단백질과 숙주 단백질과의 상호 작용을 위해 5'CL의 1차, 2차 및 3차 RNA 구조를 보존해야 하는 바이러스 요구 사항을 강조합니다. 복제. 그러나 우리는 손상되지 않은 장내 바이러스 5'CL의 고해상도 3차원 구조가 부족하여 장내 바이러스 감염에 대한 표적 치료법을 개발할 수 있는 엄청난 잠재력을 가진 이 근본적인 바이러스 과정에 대한 이해를 제한합니다.