Due regolati dinamicamente

Nature Communications volume 14, numero articolo: 4977 (2023) Citare questo articolo

870 accessi

6 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Molti virus a RNA utilizzano siti di ingresso ribosomiale interno (IRES) nel loro RNA genomico per requisire il meccanismo traslazionale dell'ospite per la replicazione. L'IRES del virus dell'encefalomiocardite (EMCV) interagisce con il fattore 4 G di inizio della traduzione eucariotica (eIF4G), reclutando la subunità ribosomiale per la traduzione. Qui, analizziamo la struttura tridimensionale del complesso composto da EMCV IRES, il frammento del dominio HEAT1 di eIF4G e eIF4A, mediante microscopia crioelettronica. Vengono identificati due distinti domini che interagiscono con eIF4G sull'IRES e la formazione complessa modifica l'angolo tra di essi. Inoltre, esploriamo la dinamica di questi domini utilizzando la spettroscopia NMR in soluzione, rivelando equilibri conformazionali nella scala temporale dai microsecondi ai millisecondi. Nelle conformazioni poco popolate, il registro di accoppiamento delle basi di un dominio viene spostato con la transizione strutturale della giunzione a tre vie, come nella struttura complessa. Il nostro studio fornisce approfondimenti sulla sofisticata strategia dell'RNA virale per l'aggancio ottimale per dirottare la proteina ospite.

I virus a RNA sovvertono il meccanismo traduzionale dell’ospite per coinvolgere i ribosomi cellulari, il che è essenziale per promuovere la traduzione del genoma virale per la replicazione1,2,3,4. Uno di questi meccanismi utilizza siti di ingresso ribosomiali interni (IRES) nelle regioni 5′ non tradotte del genoma dell'RNA, che comandano il meccanismo traduzionale dell'ospite attraverso molteplici interazioni RNA-RNA e/o RNA-proteina. La regolazione della traduzione dipendente dall'IRES è quindi un passaggio fondamentale per l'infezione e la replicazione di questi virus, con molteplici effetti sulla virulenza, sul tropismo tissutale e sulla patogenicità2. Inoltre, alcuni mRNA cellulari eucariotici possono anche sfruttare il meccanismo di traduzione dipendente dall'IRES per regolare processi come lo sviluppo e le risposte agli stress cellulari3,4.

Gli IRES sono elementi di RNA ad azione cis che tipicamente adottano strutture tridimensionali, sia per interagire direttamente con la subunità ribosomiale 40S, sia per coinvolgere fattori di traduzione per reclutare la subunità 40S. Tra gli IRES identificati finora, quello del virus dell'encefalomiocardite (EMCV) nella famiglia Picornaviridae mostra una delle più alte efficienze traduzionali e richiede i fattori di iniziazione eucariotica (eIF) 4G, 4A, 2 e 3 per reclutare la subunità 40S per la traduzione iniziazione5. Questo requisito dell'IRES EMCV è simile a quello di alcuni IRES cellulari eucariotici6,7, suggerendo somiglianze meccanicistiche con le controparti eucariotiche. L'elemento IRES EMCV interagisce direttamente con il dominio HEAT1 di eIF4G (eIF4GHEAT1) e questa interazione è ulteriormente migliorata quando eIF4GHEAT1 è in complesso con eIF4A8,9 (Fig. 1a, b). All'interno dell'IRES EMCV, la regione G680-C787, designata come JK-St in questo studio, è responsabile della cattura specifica di eIF4GHEAT1. Abbiamo precedentemente determinato la struttura di questa regione JK-St mediante spettroscopia NMR in soluzione9. È composto da due anelli di stelo (domini J e K) che si biforcano da uno stelo di base (dominio St) (Fig. 1c). Alla giunzione a tre vie, una sequenza altamente conservata di sei adenosine forma un breve anello dello stelo, chiamato ASL, che interagisce con i domini J, K e St nella parte giunzionale. Utilizzando test biochimici, sono stati segnalati diversi siti di interazione su JK-St o eIF4GHEAT110,11,12. Sebbene eIF4GHEAT1 si leghi agli RNA cellulari13,14, l'interazione tra JK-St ed eIF4GHEAT1 è più forte e più specifica per sequenza e/o struttura15, suggerendo che JK-St si è evoluto per catturare specificamente eIF4GHEAT1. Tuttavia, il meccanismo strutturale mediante il quale la regione JK-St riconosce specificamente eIF4GHEAT1 è rimasto in gran parte sconosciuto. Le tipiche proteine ​​che legano l'RNA utilizzano interfacce in cui residui caricati positivamente come arginina o lisina e/o residui aromatici come tirosina o fenilalanina sono raggruppati e allineati per il riconoscimento specifico delle molecole di RNA bersaglio16,17,18. Tuttavia, eIF4GHEAT1 manca di cluster di tali residui12 (Figura 1 supplementare), il che è corroborato dalla previsione dei residui di legame dell'RNA in eIF4GHEAT1 dalle analisi della struttura e/o della sequenza che non identificano alcuna interfaccia di legame dell'RNA19,20. Inoltre, per dirottare e sfruttare il sistema traduzionale dell'ospite, l'RNA virale IRES dovrebbe legarsi a eIF4GHEAT1 senza perturbare la sua funzione innata nella traduzione; vale a dire, reclutare eIF4A. Per soddisfare questa condizione, JK-St dovrebbe legarsi a eIF4GHEAT1 senza competere con eIF4A, il che limita ulteriormente i possibili siti di legame su eIF4GHEAT1.