동적으로 조절되는 2개

Nature Communications 14권, 기사 번호: 4977(2023) 이 기사 인용

870 액세스

6 알트메트릭

측정항목 세부정보

많은 RNA 바이러스는 게놈 RNA에 내부 리보솜 진입 부위(IRES)를 사용하여 복제를 위한 숙주의 번역 기계를 지휘합니다. 뇌심근염 바이러스(EMCV)의 IRES는 진핵생물 번역 개시 인자 4G(eIF4G)와 상호 작용하여 번역을 위해 리보솜 하위 단위를 모집합니다. 여기에서는 eIF4G의 HEAT1 도메인 조각인 EMCV IRES와 eIF4A로 구성된 복합체의 3차원 구조를 저온전자현미경을 통해 분석합니다. IRES에서 두 개의 서로 다른 eIF4G 상호 작용 도메인이 식별되고 복잡한 형성으로 인해 그 사이의 각도가 변경됩니다. 또한 솔루션 NMR 분광법을 사용하여 이러한 영역의 역학을 탐색하여 마이크로초에서 밀리초 단위의 시간 단위로 구조적 평형을 드러냅니다. 인구 밀도가 낮은 형태에서는 복잡한 구조에서와 마찬가지로 한 도메인의 염기쌍 레지스터가 3방향 접합의 구조적 전이와 함께 이동됩니다. 우리의 연구는 숙주 단백질을 탈취하기 위한 최적의 도킹을 위한 바이러스 RNA의 정교한 전략에 대한 통찰력을 제공합니다.

RNA 바이러스는 숙주 번역 기계를 파괴하여 세포 리보솜과 결합하는데, 이는 복제를 위한 바이러스 게놈 번역을 촉진하는 데 필수적입니다. 그러한 메커니즘 중 하나는 RNA 게놈의 5' 비번역 영역에 있는 내부 리보솜 진입 부위(IRES)를 활용하며, 이는 다중 RNA-RNA 및/또는 RNA-단백질 상호작용을 통해 숙주 번역 기계를 지휘합니다. 따라서 IRES 의존적 번역의 조절은 독성, 조직 친화성 및 병원성에 다양한 영향을 미치는 이러한 바이러스의 감염 및 복제를 위한 중요한 단계입니다2. 또한 일부 진핵 세포 mRNA는 IRES 의존 번역 메커니즘을 활용하여 발달 및 세포 스트레스에 대한 반응과 같은 과정을 조절할 수도 있습니다3,4.

IRES는 일반적으로 40S 리보솜 하위 단위와 직접 상호 작용하거나 40S 하위 단위를 모집하기 위해 번역 요소를 사용하기 위해 3차원 구조를 채택하는 cis-작용 RNA 요소입니다. 지금까지 확인된 IRES 중 Picornaviridae 계통의 뇌심근염 바이러스(EMCV)는 가장 높은 번역 효율성 중 하나를 나타내며 번역을 위한 40S 하위 단위를 모집하려면 진핵생물 개시 인자(eIF) 4G, 4A, 2 및 3이 필요합니다. 개시5. EMCV IRES의 이러한 요구 사항은 일부 진핵 세포 IRES6,7의 요구 사항과 유사하며, 이는 진핵 세포와 기계적 유사성을 시사합니다. EMCV IRES 요소는 eIF4G의 HEAT1 도메인(eIF4GHEAT1)과 직접 상호 작용하며, 이 상호 작용은 eIF4GHEAT1이 eIF4A8,9와 복합체일 때 더욱 향상됩니다(그림 1a, b). EMCV IRES 내에서 본 연구에서 JK-St로 지정된 G680-C787 지역은 eIF4GHEAT1의 특정 캡처를 담당합니다. 우리는 이전에 용액 NMR 분광학을 통해 이 JK-St 영역의 구조를 결정했습니다. 이는 기본 줄기(St 도메인)에서 분기되는 두 개의 줄기 루프(J 및 K 도메인)로 구성됩니다(그림 1c). 3방향 접합부에서 고도로 보존된 6개 아데노신 서열은 접합부에서 J, K 및 St 도메인과 상호작용하는 ASL이라는 짧은 줄기 루프를 형성합니다. 생화학적 분석을 사용하여 JK-St 또는 eIF4GHEAT1의 여러 상호 작용 사이트가 보고되었습니다. eIF4GHEAT1은 세포 RNA에 결합하는 것으로 알려졌지만 JK-St와 eIF4GHEAT1 사이의 상호 작용은 더 강력하고 서열 및/또는 구조에 더 특이적이며 JK-St가 eIF4GHEAT1을 특이적으로 포착하도록 진화했음을 시사합니다. 그러나 JK-St 영역이 eIF4GHEAT1을 특이적으로 인식하는 구조적 메커니즘은 아직 많이 알려져 있지 않습니다. 일반적인 RNA 결합 단백질은 아르기닌이나 라이신과 같은 양전하를 띤 잔기 및/또는 티로신이나 페닐알라닌과 같은 방향족 잔기가 클러스터링되고 정렬되어 표적 RNA 분자의 특정 인식을 위해 인터페이스를 사용합니다. 그러나 eIF4GHEAT1에는 그러한 잔기의 클러스터가 부족하며(보충 그림 1), 이는 구조 및/또는 서열 분석에서 eIF4GHEAT1의 RNA 결합 잔기 예측에 의해 확증되며 RNA 결합 인터페이스가 없음을 식별합니다. 더욱이, 숙주 번역 시스템을 탈취하고 이용하기 위해서는 바이러스 IRES RNA가 번역에서 타고난 기능을 교란시키지 않고 eIF4GHEAT1에 결합해야 합니다. 즉, eIF4A를 모집합니다. 이 조건을 충족하려면 JK-St는 eIF4A와 경쟁하지 않고 eIF4GHEAT1에 결합해야 하며, 이는 eIF4GHEAT1의 가능한 결합 사이트를 더욱 제한합니다.