Команда ученых из Оксфордского университета работала с различными методами в Diamond Light Source, чтобы разгадать структуру механизма репликации гриппа и определить, как он взаимодействует с клеточными белками. Это исследование углубляет наше понимание репликации гриппа и того, как вирус адаптируется к разным хозяевам.

Помимо того, что грипп вызывает сезонный грипп, он может стать пандемическим, когда он переходит от животных к людям. Более пристально изучая цикл репликации вируса, исследователи выясняют, как грипп захватывает клетки человека и животных для своей репликации.

Недавний обзор в журнале Trends in Microbiology описывает результаты, полученные с помощью рентгеновской кристаллографии и малоуглового рентгеновского рассеяния (SAXS) на синхротроне и криоэлектронной микроскопии (cryo-EM) в Центре электронной биовизуализации Даймонда (eBIC).

Эти структурные прозрения выявили новые потенциальные лекарственные мишени для разработки новых противовирусных препаратов, ингибирующих репликацию вируса гриппа.

Вирус гриппа хранит свои гены в РНК, и вирус синтезирует свою собственную РНК-полимеразу для репликации своего генома. Эта вирусная полимераза обладает множеством функций в дополнение к репликации, которые помогли прояснить совместные исследования в Diamond.

Эти исследования показывают, что полимераза регулирует время транскрипции — первого шага в синтезе белка — и репликации, которая может начаться только после того, как будут продуцированы вирусные белки. Полученные данные показывают, как полимераза взаимодействует с клеточным белком ANP32A и использует его для защиты вирусной РНК от обнаружения иммунной системой.

Считается, что циркулирующие в настоящее время вирусы гриппа А являются эволюционным потомством вируса, вызвавшего глобальную пандемию 1918-1919 годов, в результате которой погибло от 50 до 100 миллионов человек во всем мире. Вирусы гриппа обычно поражают только один тип животных-хозяев, таких как птицы, и требуют специфической адаптации, чтобы перейти к другому животному, например, к людям.

Считается, что вирус гриппа 1918 года перешел от водоплавающих птиц к людям и считается "вирусом-основателем", который внес вклад в сегменты вирусного генома для всех последующих эпидемических и пандемических штаммов. В исследовании, опубликованном ранее в этом году, группа определила структуры полимеразы вируса пандемического гриппа 1918 года и идентифицировала участки на поверхности полимеразы, чувствительные к ингибитору1. Это, в свою очередь, может помочь определить и подтвердить цели для открытия лекарств.

Это исследование имеет решающее значение для понимания того, как ANP32A частично объясняет барьер перехода хозяина. ANP32A сильно отличается у людей и птиц, заставляя вирусы животного и птичьего гриппа эволюционировать, чтобы стать менее похожими.

Исследования структурной биологии в Diamond дают представление о пандемическом потенциале различных штаммов гриппа. Изучая, какие участки вирусной полимеразы взаимодействуют с ANP32A, исследователи определили, что мутация в полимеразе птичьего гриппа может позволить ей взаимодействовать с человеческим ANP32A, позволяя этому штамму птичьего гриппа проникать в человеческие организмы2.

Структурная характеристика крупных белковых комплексов является сложной задачей, и комплекс репликации гриппа не был исключением. Рентгеновская кристаллография на линиях луча I03 и I24 использовалась для определения структуры вирусной полимеразы в почти атомарных деталях, показывая, что отдельные полимеразы соединяются вместе, образуя димеры. Чтобы дополнить кристаллическую структуру димеров, структурный метод, известный как SAXS, был выполнен в растворе на beamline B21, чтобы продемонстрировать важность образования димеров для функции полимераз.

Исследователи предположили, что одиночные РНК-полимеразы осуществляют транскрипцию на ранней стадии инфекции и переключаются на репликацию позже только тогда, когда они соединяются вместе в виде димеров, после производства дополнительных копий полимеразы3.

Чтобы еще больше расширить эту структурную работу, исследовательская группа провела крио-ЭМ в eBIC. Профессор Джонатан Граймс из Оксфордского университета объясняет, что "крио-ЭМ позволил нам начать изучать очень интересные белковые комплексы, из которых мы сочли бы невозможным вырастить кристаллы в лаборатории".

"Алмаз демократизирует науку. Тот факт, что все эти методы существуют в одном месте и доступны научному сообществу, является чрезвычайно ценным ресурсом. Эти передовые установки мирового класса находятся в свободном доступе для ученых из университетов и институтов по всей Великобритании и ЕС, занимающихся интересными и важными биологическими вопросами".

Автор-корреспондент журнала Trends in Microbiology review, профессор Эрвин Фодор из Оксфордского университета, приходит к выводу, что "эти исследования помогают нам определить и подтвердить цели для открытия лекарств. Мы надеемся, что новое понимание работы механизма транскрипции вируса гриппа с использованием технологий Diamond в конечном итоге приведет к созданию новых противовирусных препаратов, нацеленных на полимеразу гриппа".