動的に制御される 2 つの

Nature Communications volume 14、記事番号: 4977 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

多くの RNA ウイルスは、ゲノム RNA 内の内部リボソーム侵入部位 (IRES) を利用して、複製のために宿主の翻訳機構を命令します。 脳心筋炎ウイルス (EMCV) 由来の IRES は、真核生物の翻訳開始因子 4 G (eIF4G) と相互作用し、翻訳のためにリボソーム サブユニットを動員します。 今回我々は、EMCV IRES、eIF4GのHEAT1ドメイン断片、およびeIF4Aから構成される複合体の三次元構造をクライオ電子顕微鏡で解析した。 IRES 上の 2 つの異なる eIF4G 相互作用ドメインが同定され、複合体形成によりそれらの間の角度が変化します。 さらに、溶液NMR分光法を使用してこれらのドメインのダイナミクスを調査し、マイクロ秒からミリ秒のタイムスケールでの立体構造平衡を明らかにします。 密度の低い立体配座では、複雑な構造と同様に、1 つのドメインの塩基対形成レジスタが三方向結合の構造遷移に伴ってシフトします。 私たちの研究は、宿主タンパク質をハイジャックするための最適なドッキングのためのウイルス RNA の洗練された戦略についての洞察を提供します。

RNA ウイルスは宿主の翻訳機構を破壊して細胞のリボソームに関与します。これは複製のためのウイルス ゲノム翻訳の促進に不可欠です 1、2、3、4。 そのようなメカニズムの 1 つは、RNA ゲノムの 5' 非翻訳領域にある内部リボソーム侵入部位 (IRES) を利用し、複数の RNA-RNA および/または RNA-タンパク質相互作用を通じて宿主の翻訳機構を制御します。 したがって、IRES 依存性の翻訳の制御は、これらのウイルスの感染と複製にとって重要なステップであり、病原性、組織指向性、および病原性に対して複数の影響を及ぼします 2。 さらに、一部の真核生物の細胞 mRNA は、発生や細胞ストレスへの応答などのプロセスを調節するために、IRES 依存性の翻訳機構を利用している可能性もあります 3,4。

IRESは、40Sリボソームサブユニットと直接相互作用するか、または40Sサブユニットをリクルートするために翻訳因子に関与するために、通常は三次元構造をとるシス作用性RNAエレメントです。 これまでに同定されたIRESの中で、ピコルナウイルス科の脳心筋炎ウイルス（EMCV）のIRESは最も高い翻訳効率の1つを示し、翻訳のために40Sサブユニットを動員するために真核生物開始因子（eIF）4G、4A、2、および3を必要とするイニシエーション5. EMCV IRES のこの要件は、いくつかの真核生物の細胞 IRES の要件と類似しており、真核生物の対応物との機構の類似性を示唆しています。 EMCV IRESエレメントは、eIF4GのHEAT1ドメイン（eIF4GHEAT1）と直接相互作用し、この相互作用は、eIF4GHEAT1がeIF4A8,9と複合体を形成するとさらに強化されます（図1a、b）。 EMCV IRES 内で、この研究では JK-St として指定される領域 G680-C787 は、eIF4GHEAT1 の特異的な捕捉を担当します。 我々は以前、溶液NMR分光法によってこのJK-St領域の構造を決定しました9。 これは、ベースステム（Stドメイン）から分岐した2つのステムループ（JおよびKドメイン）で構成されています（図1c）。 三方向接合部では、6 つのアデノシンの高度に保存された配列が ASL と呼ばれる短いステム ループを形成し、接合部分で J、K、St ドメインと相互作用します。 生化学的アッセイを使用して、JK-St または eIF4GHEAT1 上のいくつかの相互作用部位が報告されています 10、11、12。 eIF4GHEAT1は細胞RNAに結合すると報告されているが13、14、JK-StとeIF4GHEAT1の相互作用はより強力で、配列および/または構造特異的であり15、JK-StがeIF4GHEAT1を特異的に捕捉するように進化したことを示唆している。 しかし、JK-St 領域が eIF4GHEAT1 を特異的に認識する構造機構はほとんど不明のままでした。 典型的な RNA 結合タンパク質は、アルギニンやリジンなどの正に荷電した残基、および/またはチロシンやフェニルアラニンなどの芳香族残基がクラスター化され、標的 RNA 分子を特異的に認識できるように整列する界面を使用します 16、17、18。 ただし、eIF4GHEAT1にはそのような残基のクラスターがありません12（補足図1）。これは、構造および/または配列分析からのeIF4GHEAT1のRNA結合残基の予測によって裏付けられ、RNA結合界面は特定されません19、20。 さらに、宿主の翻訳システムをハイジャックして悪用するには、ウイルスのIRES RNAが、翻訳における本来の機能を乱すことなくeIF4GHEAT1に結合する必要がある。 つまり、eIF4Aをリクルートします。 この条件を満たすためには、JK-St は eIF4A と競合せずに eIF4GHEAT1 に結合する必要があり、これにより eIF4GHEAT1 上の可能な結合部位がさらに制限されます。