Οι άνθρωποι έχουν εξελίξει δυναμικούς αμυντικούς μηχανισμούς ενάντια στους ιούς που επιδιώκουν να μολύνουν το σώμα μας - πρωτεΐνες που ειδικεύονται στον εντοπισμό, τη σύλληψη και την καταστροφή του γενετικού υλικού που οι ιοί προσπαθούν να εισχωρήσουν κρυφά στα κύτταρά μας.
Μια νέα μελέτη, που έχει προγραμματιστεί να δημοσιευτεί την εβδομάδα της 11ης Νοεμβρίου στο Proceedings of the National Academy of Sciences, αποκαλύπτει τώρα όχι μόνο πώς μια από αυτές τις πρωτεΐνες κολλάει σε ξένους εισβολείς, αλλά και πώς ορισμένοι ιοί - συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπου ιός ανοσοανεπάρκειας - αποφύγετε τη σύλληψη.
Η αποκάλυψη του ακριβούς μηχανισμού που καθιστά αυτήν την πρωτεΐνη αποτελεσματικό αντιικό σε ορισμένες περιπτώσεις είναι ένα κρίσιμο πρώτο βήμα στην πορεία προς καλύτερες μεθόδους επίθεσης σε ιούς που καταφέρνουν να την αποφύγουν.
Η εν λόγω πρωτεΐνη, που ονομάζεται ZAP (συντομογραφία για την αντιική πρωτεΐνη ψευδαργύρου-δάχτυλο), παρασκευάζεται από κύτταρα για να περιορίσει έναν ιό από την αναπαραγωγή και τη διάδοση της μόλυνσης. Όταν τα κύτταρα ανιχνεύουν έναν ιό, το γονίδιο ZAP ενεργοποιείται και παράγει περισσότερη πρωτεΐνη. Στη συνέχεια, το ZAP ξεχωρίζει το γενετικό υλικό του ιού, το RNA, από το εγγενές RNA του κυττάρου και στοχεύει το ιικό RNA για καταστροφή.
Μια ομάδα ερευνητών από το Ινστιτούτο Life Sciences του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν και το Πανεπιστήμιο Rockefeller ήθελε να προσδιορίσει πώς το ZAP αναγνωρίζει το γονιδίωμα του ιού και πώς ορισμένοι ιοί το αποφεύγουν.
Μια προηγούμενη μελέτη από τον Rockefeller αποκάλυψε ότι το ZAP αρπάζει μόνο μία συγκεκριμένη αλληλουχία γειτονικών νουκλεοτιδίων (τα δομικά στοιχεία του DNA και του RNA): μια κυτοσίνη ακολουθούμενη από μια γουανίνη ή ένα δινουκλεοτίδιο CG. Τα ανθρώπινα RNA έχουν λίγα δινουκλεοτίδια CG και το RNA του HIV έχει εξελιχθεί για να μιμείται αυτό το χαρακτηριστικό.
"Το κύριο κίνητρο για τη μελέτη ήταν: "Πώς αποφεύγει ο HIV αυτή την αντιική πρωτεΐνη;" είπε η Jennifer Meagher, ερευνήτρια στο U-M's LSI και ένας από τους κύριους συγγραφείς της μελέτης."Και επειδή είμαστε δομικοί βιολόγοι, θέλαμε να προσδιορίσουμε πώς το ZAP "βλέπει" ένα δινουκλεοτίδιο CG - και πώς, δομικά, δεσμεύει το RNA."
Χρησιμοποιώντας ένα κομμάτι ιικού RNA που τροποποιήθηκε γενετικά για να συμπεριλάβει επιπλέον αλληλουχίες CG, η Meagher και οι συνεργάτες της στο U-M προσδιόρισαν τη δομή της πρωτεΐνης ZAP που συνδέεται με το RNA, εκθέτοντας τους μηχανισμούς που επιτρέπουν στην πρωτεΐνη να είναι τόσο επιλεκτική.
Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι το ZAP συνδέεται με το ιικό RNA μόνο σε ένα από τα τέσσερα «δάχτυλα ψευδάργυρου» της πρωτεΐνης που θεωρούσαν πιθανές θέσεις δέσμευσης. Έδειξαν περαιτέρω ότι ακόμη και μια μικροσκοπική αλλαγή σε αυτή τη θέση δέσμευσης - αλλάζοντας μόνο ένα άτομο - παρεμπόδισε τη δεσμευτική ικανότητα του ZAP.
Δουλεύοντας σε κύτταρα, ερευνητές από το Rockefeller βρήκαν παρόμοια αποτελέσματα όταν άλλαξαν τη σύνθεση του ZAP. Δημιούργησαν μεταλλαγμένες εκδόσεις του ZAP που εκφράστηκαν σε κύτταρα μολυσμένα είτε με φυσιολογικό HIV είτε με μια έκδοση του ιού εμπλουτισμένη με αλληλουχίες CG.
Οι μεταλλαγμένες πρωτεΐνες ZAP ήταν λιγότερο ικανές να αναγνωρίσουν τις εμπλουτισμένες με CG περιοχές του ιικού RNA στα κύτταρα. Έδειξαν επίσης αυξημένη δέσμευση σε περιοχές του RNA που δεν ήταν πλούσιες σε δινουκλεοτίδια CG, υποδεικνύοντας ότι οι αλλοιώσεις βλάπτουν την ικανότητα του ZAP να διακρίνει το ιικό RNA από το ανθρώπινο RNA.
"Η φυσική επιλογή φαίνεται να έχει διαμορφώσει τη δομή της πρωτεΐνης ZAP με τέτοιο τρόπο ώστε να βελτιστοποιείται η διάκριση του μη εαυτού από το ίδιο το RNA, με βάση το περιεχόμενο CG δινουκλεοτιδίων", δήλωσε ο Paul Bieniasz, ερευνητής του Ιατρικού Ινστιτούτου Howard Hughes και επικεφαλής του Εργαστήριο Ρετροϊολογίας στο Rockefeller. "Ωστόσο, οι επιτυχημένοι ιοί είναι συχνά ένα βήμα μπροστά σε έναν αγώνα μοριακών εξοπλισμών."
"Αυτό είναι το κρίσιμο πρώτο βήμα σε μια περίπλοκη ιστορία για το πώς το κύτταρο τελικά υποβαθμίζει το RNA του ιού", δήλωσε η Janet Smith, καθηγήτρια ερευνητών στο LSI και καθηγήτρια βιολογικής χημείας στην Ιατρική Σχολή U-M. «Και τώρα ξέρουμε πώς εκτελείται το βήμα και γιατί δεν είναι αποτελεσματικό στον HIV και άλλους ιούς που δεν έχουν αυτήν την ακολουθία CG."
Η έρευνα πραγματοποιήθηκε μέσω του Κέντρου για Μελέτες RNA HIV και υποστηρίχθηκε από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας, το Ιατρικό Ινστιτούτο Howard Hughes, το Michigan Economic Development Corporation και το Michigan Technology Tri-Corridor. Τα δεδομένα κρυσταλλογραφίας ακτίνων Χ συλλέχθηκαν στην προηγμένη πηγή φωτονίων του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ στο Εθνικό Εργαστήριο Argonne.
Το έγγραφο PNAS τιτλοφορείται "Δομή της αντιιικής πρωτεΐνης ψευδαργύρου-δακτύλου σε σύμπλοκο με RNA αποκαλύπτει μηχανισμό για επιλεκτική στόχευση ιικών αλληλουχιών πλούσιων σε CG."
