Исследователи из Принстона определили, как пять клеточных белков способствуют важному этапу жизненного цикла вируса гепатита B (HBV). Статья с описанием этих находок появилась 11 марта 2021 года в журнале Nature Communications.
Вирусы были с нами, формируя нашу жизнь, общество и экономику на протяжении тысячелетий. В то время как одни вирусы стремительно распространяются на мировую арену, другие тлеют в наших сообществах десятилетиями, разрушая жизни, но не попадая в заголовки. Вирус гепатита B не вызывал каких-либо общенациональных блокировок или обвалов фондового рынка, потому что он медленно передается от человека к человеку и редко приводит к немедленному смертельному исходу. Тем не менее это невероятно разрушительно, потому что может вызвать хроническую инфекцию на всю жизнь с серьезными последствиями для своих жертв.
"По оценкам, два миллиарда человек заразились ВГВ, из которых 250-400 миллионов хронически инфицированы," сказал Александр Плосс, адъюнкт-профессор молекулярной биологии Принстонского университета и старший автор исследования. "В настоящее время не существует лекарства от хронической инфекции HBV, и пациенты должны получать противовирусные препараты в течение всей жизни. Приблизительно 887000 человек умирают каждый год от заболеваний печени, связанных с ВГВ, или рака печени."
Плосс и его команда стремятся понять жизненный цикл HBV в надежде найти способ предотвратить распространение вирусом разрушительных хронических инфекций.
"Центральным элементом репликации HBV является образование ковалентно замкнутой кольцевой ДНК (кзкДНК) из расслабленной кольцевой ДНК (ркДНК), которая переносится вирусом в клетку-хозяин во время начальной инфекции," Плосс сказал. "Недавно мы продемонстрировали, что HBV зависит от пяти белков-хозяев, а именно PCNA, комплекса RFC, POLδ, FEN-1 и LIG1, которые необходимы и достаточны для этого этапа преобразования."
Как следует из названия, ркДНК представляет собой петлю ДНК. ДНК – это молекула, состоящая из нуклеотидов, расположенных линейно вдоль парных комплементарных цепей. Последовательность нуклеотидов на одной цепи кодирует инструкции по созданию белка, а другая цепь является его зеркальным отображением. В то время как клеточная ДНК человека содержит более 20000 генов, геном HBV содержит только четыре. Ни один из вирусных белков, полученных из этих генов, не требуется для преобразования ркДНК в кзкДНК. Вместо этого вирус объединяет клеточные белки для выполнения этого и других этапов репликации вируса.
Ключевой особенностью ркДНК HBV является то, что каждая из двух цепей содержит разрыв в своей нуклеотидной последовательности. Одна прядь, называемая положительной прядью, имеет зазор, который значительно больше и смещен от зазора на другой, минус прядь. Клетки воспринимают пробелы в ДНК как повреждение, которое необходимо заполнить и отремонтировать. Клеточные белки, которые осуществляют репарацию ДНК, не могут отличить вирусную ДНК от клеточной ДНК, поэтому они приступили к работе "ремонт" ркДНК, как только она попадает в ядро. Этот процесс репарации преобразует ркДНК в неповрежденный круг двухцепочечной ДНК (то есть кзкДНК), который может сохраняться в ядре клетки.
Постдокторант Лэй Вэй хотел подробно понять, как происходит этот процесс восстановления. Чтобы исследовать это, он разработал метод мониторинга процесса восстановления, происходящего на ркДНК. Затем он определил, какие шаги участвуют в репарации каждой отдельной цепи, отслеживал порядок, в котором они завершаются, и определил, какие клеточные белки необходимы для каждого шага.
Эксперименты показали, что преобразование плюсовой цепи в непрерывный круг происходит быстро и требует согласованной работы всех пяти клеточных белков. Напротив, для репарации минус-цепи требуется только два из пяти белков (FEN-1 и LIG1), но это происходит медленнее, поскольку к одному концу минус-цепи прикреплен вирусный белок, который необходимо удалить, прежде чем можно будет закрыть нуклеотидный разрыв.
"В этой статье Вэй и Плосс рассказывают убедительную историю о клеточном механизме, который необходим для преобразования поступающего генома HBV в кзкДНК," сказал доктор. Т. Джейк Лян, выдающийся исследователь отделения болезней печени Национального института здравоохранения, эксперт по ВГВ и родственным вирусам. "Эта работа предлагает не только важную информацию о биохимическом пути биогенеза кзкДНК, но и потенциальные стратегии нацеливания на кзкДНК для терапевтических разработок."
Следуя этой цели, исследователи из Принстона показали, что два соединения, нацеленных на клеточные белки, могут нарушить преобразование ркДНК в кзкДНК в пробирках. Вэй и Плосс надеются, что в будущих исследованиях будут выявлены лекарства, которые работают в организме человека.
"Наши открытия, биохимические подходы и новые реагенты, которые мы создали и разработали, открывают дверь к глубокому пониманию того, как этот основной вирус человека обеспечивает устойчивость в клетках-хозяевах," Плосс сказал.