В новом исследовании, опубликованном в журнале Cell, ученые описывают новый механизм создания белков в гигантском ДНК-вирусе, сравнимый с механизмом в эукариотических клетках. Это открытие ставит под сомнение догму о том, что вирусы не обладают механизмами синтеза белков, и размывает грань между клеточной жизнью и вирусами.

Производство белка в вирусах

В клеточной жизни производство белка осуществляется путем декодирования последовательностей матричной РНК (мРНК) в процессе, называемом трансляцией. Фактически, большинство генов выполняют ту или иную функцию, связанную с синтезом белка. Однако вирусы не являются клетками и не содержат клеток.

«В отличие от живых организмов, вирусы не могут размножаться самостоятельно и зависят от клетки-хозяина для выполнения многих биологических процессов, необходимых для размножения. Хотя вирусы кодируют белки, участвующие в репликации и транскрипции ДНК, общепринято, что все вирусы обладают универсальной зависимостью от трансляционного механизма клетки-хозяина для синтеза вирусных белков», — объясняют авторы нового исследования.

Гигантские ДНК-вирусы несколько отличаются. Эти вирусы, которые могут достигать размеров бактерий, обладают необычно большими геномами и кодируют гены, гомологичные клеточным факторам трансляции. Обычно они инфицируют одноклеточные эукариотические организмы, в первую очередь амебы, водоросли и другие простейшие. Предыдущие исследования показали, что гигантские вирусы кодируют тРНК, аминоацил-тРНК-синтетазы и предполагаемые факторы трансляции. Однако исследователи до сих пор не уверены, почему гигантские вирусы кодируют эти факторы трансляции и являются ли они функциональными или эволюционными остатками.

Функциональный комплекс инициации трансляции в гигантских вирусах

Группа исследователей, участвовавшая в новом исследовании, поставила перед собой задачу определить, обладают ли гигантские ДНК-вирусы функциональным комплексом инициации трансляции и как это может влиять на репликацию вируса. В качестве модели они использовали гигантский вирус Acanthamoeba polyphaga mimivirus (APMV), или «мимивирус». С помощью масс-спектрометрии, кристаллографии и поиска гомологии они идентифицировали белки, которые они называют вирусным IF4A (vIF4A) и вирусным IF4E (vIF4E). Эти белки гомологичны белкам eIF4A и eIF4E, обнаруженным в эукариотических клетках.

Команда исследователей обнаружила, что эти белки происходят из функционального комплекса инициации трансляции, связывающего кэп-структуру вируса, который в данном случае называется vIF4F и гомологичен эукариотическому eIF4F.

«Здесь мы обнаружили, что гигантские ДНК-вирусы кодируют комплекс связывания кэпа мРНК IF4F, характерный для синтеза эукариотических белков, который контролирует трансляцию во время инфекции. Вирусный IF4F (vIF4F) координирует синтез структурных белков на поздних стадиях инфекции, и эта специфическая для транскрипта регуляция происходит благодаря эволюционным инновациям в распознавании кэпа m7 G, опосредованном вирусным IF4F», — объясняют авторы исследования.

Команда также создала нокаутированные вирусы для каждой субъединицы vIF4F и провела профилирование рибосом, секвенирование РНК и электронную микроскопию. Это позволило им проверить, может ли вирус функционировать без vIF4F. Они обнаружили, что нарушение функции vIF4F значительно ухудшает репликацию вируса и синтез структурных белков, а это значит, что вирус зависит от этого комплекса для своего развития.

Реакция на стрессы организма-хозяина

Исследователи также протестировали реакцию вируса на стрессовые воздействия на клетку-хозяина, такие как голодание, стресс эндоплазматического ретикулума (ЭР), окислительный стресс или холодовой шок. Они обнаружили, что в целом экспрессия vIF4F мимивирусом обеспечивает повышенную устойчивость к стрессовым воздействиям на клетки-хозяина, за исключением холодового шока.

«Примечательно, что, несмотря на высокую устойчивость репликации WT APMV к дефициту питательных веществ, стрессу эндоплазматического ретикулума (ЭР), вызванному тапсигаргином, или окислительному стрессу, вызванному менадионом, вирусы, лишенные интактного vIF4F, демонстрировали дополнительные дефекты в производстве вируса на 1–2 порядка по сравнению с базовыми условиями хозяина. Холодовой шок при 18°C ​​оказывал неизменно негативное воздействие на репликацию вируса, что указывает на то, что определенные стрессовые пути не могут быть обойдены активностью vIF4F», — пишут авторы исследования.

Результаты исследования показывают, как вирусы могут адаптироваться к экстремальным условиям и обходить защитные механизмы хозяина. Эволюционное происхождение факторов трансляции вирусов и их роль в формировании эукариотической трансляции до сих пор во многом остаются неизвестными. Возможно, гигантские вирусы приобрели гены у своих эукариотических хозяев, изменив свою эволюцию таким образом, чтобы имитировать эти процессы. Дальнейшие исследования могли бы изучить эти эволюционные истоки.