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Estructura y mecanismos de frameshifting ribosomal durante la traslación SARS-CoV-2

Usando microscopia del cryo-electrón, los investigadores muestran los factores que afectan a frameshifting durante la traslación del virus. Romper el proceso frameshifting en el virus podía ser objetivos potenciales para las drogas que se convertían.  

Durante el proceso de la traslación, las células utilizan el ARN de mensajero (mRNA) para sintetizar las proteínas. A veces durante la traslación, el frameshifting ribosomal o de translación puede ocurrir, que permite la producción de varias proteínas únicas de un único ARN de mensajero (mRNA). Esto se ha observado principal en virus, incluyendo el coronavirus 2 (SARS-CoV-2) de la neumonía asiática, el virus que causaba el pandémico COVID-19.

En todos los coronaviruses, se conserva el frameshifting de translación programado -1, donde el marco de lectura de las series del tri nucleótido cambio detrás por un nucleótido. Esto es necesario para la producción de polimerasa de ARN ARN-relacionada viral, de modificación del ARN y de tramitación, y de corregir del ARN.

Esto frameshifting en virus SARS-relacionados ocurre en la serie resbaladiza U_UUA_AAC, que se piensa para formar una estructura provenida 3 del pseudoknot y para cambiar el marco de lectura UUU_AAA_C. Mantener esto frameshifting exacto es esencial para la contagiosidad viral. La mutación en incluso un único nucleótido en la región frameshifting del ARN SARS-CoV-2 previene la réplica viral.

El proceso frameshifting no ocurre en células humanas, y este proceso en el virus SARS-CoV-2 podría ser objetivos potenciales para las drogas que se convertían.

La estructura de un 3' pseudoknot estimulante en el genoma viral o en sí mismo se ha propuesto recientemente. Los investigadores denuncian la estructura y los mecanismos de ribosomas mamíferos durante la traslación del frameshifting -1 del genoma viral SARS-CoV-2 en un nuevo estudio publicado en el bioRxiv* del servidor de la prueba preliminar.

El pseudoknot SARS-Cov-2 obra recíprocamente con el ribosoma y se detiene brevemente traslación contracorriente desde el sitio resbaladizo. (a) Diagrama esquemático del SARS-CoV-2 ORF principal. En el cierre encima de la vista de la acción del mutágeno
El pseudoknot SARS-Cov-2 obra recíprocamente con el ribosoma y se detiene brevemente traslación contracorriente desde el sitio resbaladizo. (a) Diagrama esquemático del SARS-CoV-2 ORF principal. En el cierre encima de la vista de la acción del mutágeno 'frameshift', se muestran los codones y los aminoácidos correspondientes. Durante -1 frameshifting, codones UUA (leu) del sitio resbaladizo del ` los' y AAC (Asn) son los codones pasados decodificados en los 0 marcos. Sobre frameshifting -1 del codón de AAC al AAA, la traslación reanuda en el trío de CGG (Arg), donde la elongación procede ininterrumpido a producir Nsp12 integral. (b) Reacción in vitro de la traslación que representa detenerse brevemente en el sitio del mutágeno 'frameshift'. El frameshifting eficiente se observa para el patrón del PESO.

Ribosoma de visualización durante la traslación

Los investigadores de ETH Zurich, el corcho de la Universidad, y la universidad de Berna prepararon una traslación compleja in vitro con un sistema del lysate del reticulocyte del conejo que tenía mRNA viral con la serie resbaladiza U_UUA_AAC y otro complejo con un mutante mRNA que previene -1 frameshifting.

Usando microscopia del cryo-electrón, los científicos visualizaron los ribosomas en curso de traslación en una resolución 2.2-Å de construir una estructura exacta del ribosoma mamífero 80S. Observaron casi toda la modificación del rRNA propuesta para los ribosomas humanos, como los residuos modificados se conservan en rRNA del conejo.

También encontraron que un Phe-tRNA (Phe) limita al P-sitio, sugiriendo las pausas rio abajo del pseudoknot el ribosoma de modo que el tRNA del P-sitio obre recíprocamente con el codón de UUU momentos antes del primer codón del sitio del mutágeno 'frameshift'.

Con una resolución de 5-7 Å, las personas podían ver cómo el ARN fue doblado en el área del pseudoknot. El pseudoknot forma un H-Tipo estructura, con los vástagos 1 y 2 empilada encima de uno a y proviene 3 que adhieren fuera casi perpendicular a él.

El pseudoknot fue alojado entre la culata de cilindro de la pequeña subunidad ribosomal y la carrocería, obligando cualquier movimiento relativo que necesitara ocurrir durante el desplazamiento. Además, el comienzo del pseudoknot cambio por dos nucleótidos en relación con la estructura prevista.

Estructura importante en frameshifting

En SARS-CoV-2, los 0 codones de parada del marco son cinco codones del sitio del mutágeno 'frameshift'. Los investigadores encontraron eso el aumentar de la distancia de los 0 codones de parada del marco del sitio del mutágeno 'frameshift' llevado a la eficiencia frameshifting disminuida. La eliminación de ella redujo el frameshifting por casi a medias.

Así, el codón de parada desempeña un papel vital en eficiencia frameshifting. Los autores sugieren que el codón de parada permita el pseudoknot al refold sin el refrenamiento por el canal del mRNA.

Los autores vieron la cadena naciente correspondiente al polyprotein viral a lo largo del túnel ribosomal de la salida durante la traslación detenida brevemente. Esta cadena obra recíprocamente con el túnel ribosomal, incluyendo en el sitio de la constricción, en donde la arginina 4387 de Nsp10 obra recíprocamente con el A1555 del rRNA 28S y es estabilizada por la leucina 4386. El final de la C-terminal de Nsp10 muestra un adorno parcialmente doblado del dedo del cinc más lejos en el túnel.

Estructure el modelo basado para frameshifting programado -1 en coronaviruses y su regla. Las acciones recíprocas observadas entre el pseudoknot y el ribosoma preparan el sistema para frameshifting. Las características del pseudoknot y las acciones recíprocas entre la cadena naciente y el túnel ribosomal desempeñan un papel en la eficiencia de frameshifting. La eficiencia de frameshifting es aumentada en la presencia de un codón de parada cerca del sitio frameshifting. Los ribosomas que progresan más allá del sitio frameshifting en los 0 marcos rápidamente terminan y desmontan, de tal modo aumentando las ocasiones que el pseudoknot refold antes de que sea encontrado por el ribosoma de cerca que se arrastra. El ribosoma que se arrastra a su vez encuentra el pseudoknot, que aumenta la posibilidad de experimentar -1 frameshifting.
Estructure el modelo basado para frameshifting programado -1 en coronaviruses y su regla. Las acciones recíprocas observadas entre el pseudoknot y el ribosoma preparan el sistema para frameshifting. Las características del pseudoknot y las acciones recíprocas entre la cadena naciente y el túnel ribosomal desempeñan un papel en la eficiencia de frameshifting. La eficiencia de frameshifting es aumentada en la presencia de un codón de parada cerca del sitio frameshifting. Los ribosomas que progresan más allá del sitio frameshifting en los 0 marcos rápidamente terminan y desmontan, de tal modo aumentando las ocasiones que el pseudoknot refold antes de que sea encontrado por el ribosoma de cerca que se arrastra. El ribosoma que se arrastra a su vez encuentra el pseudoknot, que aumenta la posibilidad de experimentar -1 frameshifting.

Cuando los investigadores utilizaron un análisis in vitro para entender el efecto de la cadena naciente sobre la eficiencia frameshifting, encontraron un aumento del 30% en frameshifting cuando la leucina 4386 y la arginina 4387 fueron reemplazadas por la alanina. Esto sugiere que las acciones recíprocas de cadena nacientes con el túnel ribosomal de la salida sean importantes en niveles frameshifting de modulación.

Así, los factores de la naciente-cadena, o aún la concentración intracelular del cinc, que cambia con la infección viral, podrían influenciar regímenes frameshifting.

Romper el proceso frameshifting puede evitar que SARS-CoV-2 repliegue. Los autores demostraron esto eran verdades usando una composición descrita antes que inhibe frameshifting, y encontraron niveles reducidos del virus en las células infectadas de Vero de la grapa verde africana.

Así, la interferencia con las acciones recíprocas entre el pseudoknot y el canal del mRNA o durante las acciones recíprocas de cadena iniciales con el túnel ribosomal para formar el pseudoknot estimulante del mutágeno 'frameshift' podía ser estrategias de desarrollo potenciales de la droga

Advertencia *Important

el bioRxiv publica los partes científicos preliminares que par-no se revisan y, por lo tanto, no se deben mirar como concluyentes, conduce práctica clínica/comportamiento relativo a la salud, o tratado como información establecida.

Referencias y lectura 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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