メリーランド大学ボルチモア郡校 (UMBC) の研究者らは、エンテロウイルスがヒトの細胞内で複製するために使用する重要なステップを発見しました。調査結果は、 自然コミュニケーションポリオ、脳炎、心筋炎、さらには風邪などの病気の原因となるウイルスがどのようにして細胞機構を乗っ取って自分自身をコピーするのかを説明します。科学者らは、今回の発見は、最終的に研究者が一度に多くのウイルスを標的にできる新世代の抗ウイルス薬を開発するのに役立つ可能性があると述べている。
この研究は、UMBC の化学および生化学准教授であるディーパック・コイララ氏と、最近博士号を取得したディーパック・コイララ氏によって主導されました。ナバ・クリシュナ・ダス卒業生。彼らの研究は、これらのウイルスが細胞に侵入するとどのように複製を開始するかについての長年の疑問の解決に役立ちます。
「私の研究室は、RNAウイルスがどのようにして細胞内でタンパク質を作り、ゲノムを複製してより多くのウイルス粒子を作るのかを理解することに非常に熱心に取り組んでいます」とコイララ氏は言う。研究チームによるこれまでの研究では、ウイルスのRNA内にクローバーの葉のような形の重要な構造が存在することが判明した。新しい研究は、この構造がウイルス複製機構の構築に必要なタンパク質をどのように動員するかを示している。
エンテロウイルスが細胞内で増殖する仕組み
エンテロウイルスは非常に小さな RNA ゲノムを持っており、同時に 2 つの仕事を行う必要があります。ウイルス RNA はウイルスタンパク質の生成を指示すると同時に、ウイルスの新しいコピーを作成するための鋳型としても機能します。
ウイルスゲノムの大部分には構造タンパク質の指示が含まれていますが、複製に必要な多くの特殊なタンパク質もコードしています。最も重要なものの 1 つは、3CD と呼ばれる融合タンパク質です。
パート 3C では、アミノ酸の長い鎖を切断して、ウイルスが必要とする個別のタンパク質を生成します。 3D 部分は、ウイルス RNA をコピーしてウイルスが複製できるようにする酵素、RNA ポリメラーゼとして機能します。人間の細胞にはこのタイプのポリメラーゼが自然には含まれていないため、ウイルスは独自のバージョンを提供する必要があります。
「以前は我々はRNAのみの構造を決定し、他のグループは3Cと3Dの構造を決定していましたが、今ではRNAとタンパク質の構造を一緒に捉えているので、それらがどのように相互作用するのかが分かりました」とコイララ氏は説明する。 「ウイルスゲノム内のRNAに結合するのは3CDの3Cドメインであり、その後宿主タンパク質PCBP2などの他の成分を動員して複製複合体を組み立てることを発見しました。」
研究者らはまた、この分子複合体がスイッチのように機能することも発見した。 3CD が付着すると、ウイルスは RNA ゲノムをコピーします。タンパク質が解離すると、代わりに RNA がウイルスタンパク質の生成に利用できるようになります。
科学者たちが長年のウイルスの謎を解明
これらの相互作用を詳細に調べるために、研究チームは X 線結晶構造解析を使用して、RNA クローバーの葉と 3CD タンパク質を一緒に視覚化しました。彼らはまた、分子が結合するときに放出される熱を測定する等温滴定熱量測定法 (ITC) や、光の干渉の変化を利用して分子が結合している時間を追跡する生物学的干渉法 (BLI) にも依存しました。
この実験は、現在進行中の科学的論争に決着を付けるのに役立った。研究者らは、それぞれが独自の RNA ポリメラーゼを運ぶ 2 つの完全な 3CD 分子がウイルス RNA 上に並んで結合することを示しました。以前の研究では、タンパク質が単一の融合ペアを形成することが示唆されていました。
科学者たちはなぜ 2 つのコピーが必要なのかをまだ完全には理解していませんが、新しい研究は複製プロセスがどのように始まるのかについてより明確なイメージを提供します。
広域スペクトルの抗ウイルス薬の可能性
最も有望な発見の 1 つは、研究でテストされた 7 つのエンテロウイルスすべてでメカニズムがどの程度類似しているかということでした。これらのウイルスは、ほぼ同一の RNA クローバーの構造と結合挙動を共有していました。
このレベルの類似性は、RNA 構造がウイルスの生存にとって非常に重要であることを示唆しています。重大な変異により複製が妨害される可能性があり、その構造が多くのエンテロウイルスにわたって安定した薬物標的となる可能性があります。
研究者らは、これにより、単一の病原体ではなくウイルスファミリー全体に作用する広域抗ウイルス薬を開発する可能性が高まると述べている。
科学者たちはすでに 3C および 3D タンパク質を妨害する薬剤を開発していますが、新たな発見により別の可能な戦略が明らかになりました。
3C と 3D の活動を妨害する薬剤はすでに開発中ですが、「今度はテストする別の層ができました」とコイララ氏は言います。 「相互作用を破壊するために、RNA、または RNA とタンパク質の界面を標的にしたらどうなるでしょうか? それはまた別の機会です。今では高解像度の構造が得られるので、それらを標的とする薬物分子を正確に設計できます。」
クィレラ氏は、この研究は、ウイルスがその小さなゲノムにもかかわらず、いかに驚くほど高度であるかを浮き彫りにしていると述べている。
「ウイルスは非常に賢いのです。ウイルスの全ゲノムは人間の約 1 つの mRNA 配列に相当しますが、非常に効率的です」とコイララ氏は言います。彼の最新の研究は、「非常に多くの有害な病気を引き起こす病原体を標的とする薬剤の開発に応用できるように、なぜこの基礎科学を探求する必要があるのか」を実証している。
