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Estrutura e mecanismos de frameshifting ribosomal durante a tradução SARS-CoV-2

Usando a microscopia do cryo-elétron, os pesquisadores mostram os factores que afectam frameshifting durante a tradução do vírus. Interromper o processo frameshifting no vírus podia ser um alvo potencial para drogas tornando-se.  

Durante o processo de tradução, as pilhas usam o RNA de mensageiro (mRNA) para sintetizar proteínas. Às vezes durante a tradução, frameshifting ribosomal ou translational pode ocorrer, que permite a produção de diversas proteínas originais de um único RNA de mensageiro (mRNA). Isto foi observado principalmente nos vírus, incluindo o coronavirus 2 da Síndrome Respiratória Aguda Grave (SARS-CoV-2), o vírus que causa a pandemia COVID-19.

Em todos os coronaviruses, frameshifting -1 translational programado, onde o quadro de leitura das seqüências do tri nucleotide é deslocado para trás por um nucleotide, é conservado. Isto é necessário para a produção de polimerase de RNA RNA-dependente viral, de alteração do RNA e de processamento, e de correcção do RNA.

Isto que frameshifting em vírus SARS-relacionados ocorre na seqüência escorregadiço U_UUA_AAC, que é pensada para formar uma estrutura provinda 3 do pseudoknot e para mudar o quadro de leitura UUU_AAA_C. Manter isto que frameshifting precisamente é essencial para a infectividade viral. A mutação mesmo em um único nucleotide na região frameshifting do RNA SARS-CoV-2 impede a réplica viral.

O processo frameshifting não ocorre em pilhas humanas, e este processo no vírus SARS-CoV-2 poderia ser um alvo potencial para drogas tornando-se.

A estrutura de um 3' pseudoknot stimulatory no genoma viral ou tem sido propor por si só recentemente. Os pesquisadores relatam a estrutura e os mecanismos dos ribosomes mamíferos durante a tradução do frameshifting -1 do genoma SARS-CoV-2 viral em um estudo novo publicado no bioRxiv* do server da pré-impressão.

O pseudoknot SARS-Cov-2 interage com o ribosome e pausa tradução a montante do local escorregadiço. (a) Diagrama esquemático do SARS-CoV-2 ORF principal. No fim acima da ideia do evento do frameshift, os codons e os ácidos aminados correspondentes são mostrados. Durante -1 que frameshifting, os codons UUA do local escorregadiço do `
O pseudoknot SARS-Cov-2 interage com o ribosome e pausa tradução a montante do local escorregadiço. (a) Diagrama esquemático do SARS-CoV-2 ORF principal. No fim acima da ideia do evento do frameshift, os codons e os ácidos aminados correspondentes são mostrados. Durante -1 que frameshifting, os codons UUA do local escorregadiço do `' (leu) e AAC (Asn) são os últimos codons descodificados nos 0 quadros. Em cima de frameshifting -1 do codon de AAC ao AAA, a tradução recomeça na objectiva tripla de CGG (Arg), onde o alongamento continua ininterrupto produzir Nsp12 completo. (b) In vitro reacção da tradução que descreve a pausa no local do frameshift. Frameshifting eficiente é observado para o molde do PESO.

Ribosome visualizando durante a tradução

Os pesquisadores de ETH Zurique, a cortiça do University College, e a universidade de Berna prepararam um complexo da tradução in vitro com um sistema do lysate do reticulocyte do coelho que tem o mRNA viral com a seqüência escorregadiço U_UUA_AAC e um outro complexo com um mutante mRNA que impedisse -1 que frameshifting.

Usando a microscopia do cryo-elétron, os cientistas visualizaram os ribosomes em processo da tradução em uma definição 2.2-Å construir uma estrutura exacta do ribosome 80S mamífero. Observaram quase toda a alteração do rRNA propor para os ribosomes humanos, como os resíduos alterados são conservados no rRNA do coelho.

Igualmente encontraram que um Phe-tRNA (Phe) limita ao P-local, sugerindo as pausas a jusante do pseudoknot o ribosome de modo que o tRNA do P-local interagisse com o codon de UUU imediatamente antes do primeiro codon do local do frameshift.

Com uma definição de 5-7 Å, a equipe podia ver como o RNA foi dobrado na área do pseudoknot. O pseudoknot forma um H-Tipo estrutura, com hastes 1 e 2 empilhada sobre se e provem 3 que colam para fora quase perpendicular a ele.

O pseudoknot foi alojado entre a cabeça da subunidade ribosomal pequena e o corpo, forçando todos os movimentos relativos que precisassem de ocorrer durante a translocação. Além, o começo do pseudoknot foi deslocado por dois nucleotides relativo à estrutura prevista.

Estrutura importante em frameshifting

Em SARS-CoV-2, os 0 codon de parada do quadro são cinco codons do local do frameshift. Os pesquisadores encontraram aquele aumentar a distância dos 0 codon de parada do quadro do local do frameshift conduzido à eficiência frameshifting diminuída. Removê-la reduziu-se frameshifting por quase parcialmente.

Assim, o codon de parada joga um papel vital na eficiência frameshifting. Os autores sugerem que o codon de parada permita o pseudoknot ao refold sem ser contida pelo canal do mRNA.

Os autores viram a corrente emergente corresponder ao polyprotein viral ao longo do túnel ribosomal da saída durante a tradução pausada. Esta corrente interage com o túnel ribosomal, incluindo no local da constrição, onde a arginina 4387 de Nsp10 interage com o A1555 do rRNA 28S e é estabilizada pela leucina 4386. O fim do C-terminal de Nsp10 mostra um motivo parcialmente dobrado do dedo do zinco mais no túnel.

Estruture o modelo baseado para frameshifting programado -1 nos coronaviruses e no seu regulamento. As interacções observadas entre o pseudoknot e o ribosome aprontam o sistema para frameshifting. As características do pseudoknot e as interacções entre a corrente emergente e o túnel ribosomal jogam um papel na eficiência de frameshifting. A eficiência de frameshifting é aumentada pela presença de um codon de parada perto do local frameshifting. Os Ribosomes que progridem além do local frameshifting nos 0 quadros rapidamente terminam e desmontam, desse modo aumentando as possibilidades que o pseudoknot refold antes que esteja encontrado pelo ribosome pròxima de arrasto. O ribosome de arrasto encontra por sua vez o pseudoknot, que aumenta a possibilidade de se submeter -1 que frameshifting.
Estruture o modelo baseado para frameshifting programado -1 nos coronaviruses e no seu regulamento. As interacções observadas entre o pseudoknot e o ribosome aprontam o sistema para frameshifting. As características do pseudoknot e as interacções entre a corrente emergente e o túnel ribosomal jogam um papel na eficiência de frameshifting. A eficiência de frameshifting é aumentada pela presença de um codon de parada perto do local frameshifting. Os Ribosomes que progridem além do local frameshifting nos 0 quadros rapidamente terminam e desmontam, desse modo aumentando as possibilidades que o pseudoknot refold antes que esteja encontrado pelo ribosome pròxima de arrasto. O ribosome de arrasto encontra por sua vez o pseudoknot, que aumenta a possibilidade de se submeter -1 que frameshifting.

Quando os pesquisadores usaram in vitro um ensaio para compreender o efeito emergente da corrente na eficiência frameshifting, encontraram um aumento de 30% em frameshifting quando a leucina 4386 e a arginina 4387 foram substituídas com a alanina. Isto sugere que as interacções chain emergentes com o túnel ribosomal da saída sejam importantes em níveis frameshifting de modulação.

Assim, os factores da emergente-corrente, ou mesmo a concentração intracelular do zinco, que muda com infecção viral, poderiam influenciar taxas frameshifting.

Interromper o processo frameshifting pode impedir que SARS-CoV-2 replicating. Os autores demonstraram este eram verdadeiros usando um composto descrito antes que inibisse frameshifting, e encontraram níveis reduzidos do vírus em pilhas contaminadas de Vero do macaco verde africano.

Assim, interferir com as interacções entre o pseudoknot e o canal do mRNA ou durante as interacções chain iniciais com o túnel ribosomal para formar o pseudoknot stimulatory do frameshift podia ser estratégias de revelação potenciais da droga

Observação *Important

o bioRxiv publica os relatórios científicos preliminares que par-não são revistos e, não devem conseqüentemente ser considerados como conclusivos, guia a prática clínica/comportamento saúde-relacionado, ou tratado como a informação estabelecida.

Referências e leitura adicional

Journal reference:
Lakshmi Supriya

Written by

Lakshmi Supriya

Lakshmi Supriya got her BSc in Industrial Chemistry from IIT Kharagpur (India) and a Ph.D. in Polymer Science and Engineering from Virginia Tech (USA).

Citations

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