Přepis chřipkové RNA v atomárním rozlišení

Virus chřipky je široce rozšířen mezi lidmi i zvířaty. Nové kmeny se vyvíjejí velmi rychle a mohou způsobit vážné onemocnění. Některé z nich se navíc mohou přenášet mezi různými hostiteli, jako nedávné rozšíření kmenů ptačí a prasečí chřipky na lidskou populaci. Takový přenos může vést až k pandemii. V Evropské laboratoři molekulární biologie (EMBL) ve francouzském Grenoblu zkoumáme, jak se virus chřipky množí. Hlavním objektem našeho zájmu je chřipková polymeráza – enzym, který přepisuje virový genom.

Většina organismů má genom složený z DNA, genom viru chřipky je ale tvořen RNA. V hostitelské bunce prochází dvěma procesy. Zaprvé je transkribován – přepisován do molekuly mRNA, která nese instrukce pro výrobu virových bílkovin, stavebních kamenů nových virových částic. Zadruhé je replikován – vzniká mnoho přesných kopií původního genomu. Společně s virovými bílkovinami jsou skládány do nových virových částic, které pučí ven z buňky a dále se šíří.

Používáme kryogenní elektronovou mikroskopii (kryo-EM), která zobrazuje 3D struktury biomolekul zmrazených na teplotu kapalného dusíku. S její pomocí můžeme pozorovat polymerázu v atomárním rozlišení (takzvaně vyřešit její atomární strukturu). V našich experimentech jsme nechali proběhnout transkripční proces ve zkumavce a zastavili ho v různých fázích. Vzorky jednotlivých stadií jsme zobrazili elektronovým mikroskopem a získali tak patnáct struktur, které ukazují celkový průběh transkripce virovou polymerázou. Ta se chová jako miniaturní kopírovací stroj. Zasouvá genom do přepisovacího místa (tzv. aktivního místa polymerázy), kde vzniká jeho přepis mRNA. Přepsaná mRNA postupně vychází z polymerázy na jedné straně a originál genomu na druhé. Na konci se hotová mRNA uvolní a celý proces může začít od začátku (animace je součástí online verze příspěvku).

Detailní poznání aktivního místa virové polymerázy, kde probíhá chemická reakce zásadní pro transkripci i replikaci, je důležitým krokem k vývoji nových antivirotik. Jejich podstatou bude blokování právě zmíněného aktivního místa, tak jak se to například podařilo s léčivy proti HIV.

Virová polymeráza chřipky v procesu transkripce. Bílkovina polymerázy (šedě) přepisuje virový genom (žlutě) a produkuje virovou mRNA (modře). Šipka ukazuje do aktivního místa polymerázy, kde dva atomy hořčíku (fialově) pomáhají transkripci mRNA (oranžově přistupující nukleotid, který bude zabudován do prodlužujícího se řetězce mRNA).

Wandzik J. M., Kouba T. et al.: Cell, 2020, DOI: 10.1016/j.cell.2020.03.061

Ve spolupráci s Czexpats in Science