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Aug 30, 2023

Das Rätsel ist gelöst: Rotavirus VP3 ist eine einzigartige Verschließmaschine

Nachdem Forschern mehr als 30 Jahre lang das VP3-Protein des Rotavirus entgangen war

Nachdem das VP3-Protein des Rotavirus mehr als 30 Jahre lang der Forschung entgangen war, hat es einem Team unter der Leitung der Labore von Dr. BV Venkataram Prasad und Dr. Mary K. Estes am Baylor College of Medicine endlich seine einzigartige Struktur und Funktion offenbart.

Die Forscher wussten, dass VP3 für die Verkappung der Boten-RNA (mRNA) erforderlich ist, einem Prozess, der für die Synthese viraler Proteine ​​und zur Umgehung der Immunantwort des Wirts unerlässlich ist. Doch während Struktur und Funktion der anderen Rotavirus-Proteine ​​nach und nach enthüllt wurden, war VP3 blieb das letzte ungelöste Rotavirus-Rätsel.

„Viren können sich nicht selbstständig vermehren. Sie übernehmen die Maschinerie der Zellen, die sie infizieren, um Viruspartikel zu produzieren“, sagte Co-Korrespondent Prasad, Professor und Alvin Romansky-Vorsitzender der Verna and Marrs McLean-Abteilung für Biochemie und Molekularbiologie und Professor für molekulare Virologie und Mikrobiologie in Baylor.

Eine der Strategien, mit denen Viren die von ihnen befallenen Zellen kapern, besteht darin, virale mRNA so zu verschließen oder vorzubereiten, dass sie die verkappte mRNA der Wirtszellen nachahmt. Das Verschließen von mRNA ist ein wesentlicher Schritt, um die zelluläre Maschinerie anzusprechen, die Proteine ​​synthetisiert. Durch die Nachahmung der Verkappung der Zelle kann das Virus die Maschinerie des Wirts zur Produktion viraler Proteine ​​übernehmen.

Mehrere Viren nutzen diese Strategie, jedoch auf unterschiedliche Weise. Im Fall des Rotavirus war bekannt, dass das virale Protein VP3 am Capping beteiligt war, aber mehr als drei Jahrzehnte lang war es eine Herausforderung, die Struktur von VP3 zu bestimmen und zu verstehen, wie es das mRNA-Capping durchführte.

„Durch die Kombination von Kryo-Elektronenmikroskopie, Röntgenkristallographie und biochemischen Tests haben wir herausgefunden, dass VP3 über alle enzymatischen Aktivitäten verfügt, die erforderlich sind, um Rotavirus-mRNA effektiv zu verschließen. Wir haben auch festgestellt, dass dies im Gegensatz zu dem steht, was bei vielen Viren beobachtet wurde, die über einzelne Proteine ​​verfügen.“ „Bei jeder enzymatischen Aktivität integriert das Rotavirus alle enzymatischen Aktivitäten als Module in ein Protein, VP3“, sagte Erstautor Dr. Dilip Kumar, Postdoktorand im Prasad-Labor.

„Was das Rotavirus von den meisten anderen Viren unterscheidet, ist, dass die Verkappung innerhalb der engen Grenzen des viralen Kapsids, der Proteinhülle des Virus, das sich innerhalb der Zelle befindet, stattfindet. Sobald die Verkappung abgeschlossen ist, verlässt die virale mRNA das Kapsid durch Kanäle und dringt ein.“ im Zytoplasma der Zelle, wo es die Proteinherstellungsmaschinerie aktiviert, um virale Proteine ​​zu produzieren“, sagte Estes, Stiftungsvorsitzender der Cullen Foundation und Distinguished Service Professor für molekulare Virologie und Mikrobiologie in Baylor.

„Die Lösung dieses Rätsels war sehr spannend“, sagte Kumar. „Wir konnten VP3 und seine Module isolieren und zeigen, dass sie sich selbst zu einem stabilen Molekül zusammenfügen, das in der Lage ist, mindestens zwei mRNAs gleichzeitig zu verschließen, was den Prozess effizient macht.“

Ausschlaggebend für diese Arbeit war die Zusammenarbeit mit Dr . Sue Crawford, Assistenzprofessorin für molekulare Virologie und Mikrobiologie für die enzymatischen und funktionellen Tests, und Dr. Liya Hu, Assistenzprofessorin am Verna and Marrs McLean Department of Biochemistry and Molecular Biology, für die Modellierung von Kryo-EM-Daten.

Die Kenntnis der Struktur von VP3 und seiner Funktionsweise bietet die Möglichkeit, antivirale Medikamente zur Vorbeugung oder Behandlung von Rotavirus-Infektionen zu entwickeln. Darüber hinaus ermöglicht es die weitere Untersuchung der Rolle, die VP3 bei der Rotavirus-Replikation spielt und wie es die Immunantwort des Wirts beeinträchtigt.

„Seit fast 30 Jahren arbeiten mein Labor und Dr. Estes zusammen, um die komplexe Struktur des Rotavirus zu entschlüsseln und seine Funktionsweise besser zu verstehen“, sagte Prasad. „Die Bestimmung der Struktur und Funktion von VP3 ist ein wichtiger Meilenstein, der neue Türen für die Fortsetzung unserer Zusammenarbeit öffnet.“

Weitere Mitwirkende an dieser Arbeit sind Ramakrishnan Anish, Soni Kaundal, Rodolfo Moreno und Joanita Jakana, alle von Baylor, sowie Banumathi Sankaran vom Lawrence Berkeley National Laboratory in Kalifornien.

Den Bericht finden Sie in der Zeitschrift Science Advances.

Diese Arbeit wurde durch die MERIT-Zuschüsse AI36040 und R01AI080656 der National Institutes of Health, die Robert Welch Foundation (Q1279 und Q1967), das National Institute of General Medical Sciences und das Howard Hughes Medical Institute unterstützt. Weitere Unterstützung leistete das Office of Basic Energy Sciences des US-Energieministeriums im Rahmen des Vertrags Nr. DE-AC02-05CH11231, der Advanced Technology Cores (ATC) CryoEM/ET-Kern am Baylor College of Medicine und von der Protein and Monoclonal Antibody Production Shared Resource am Baylor College of Medicine mit Mitteln des NIH Cancer Center Support Grant P30 CA125123.

Von Anna Maria Rodriguez, Ph.D.

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