Para que los virus se multipliquen, generalmente necesitan el apoyo de las células que infectan. En muchos casos, solo en el núcleo de su huésped pueden encontrar las máquinas, enzimas y bloques de construcción con los que pueden multiplicar su material genético antes de infectar otras células.Pero no todos los virus llegan al núcleo celular. Algunos permanecen en el citoplasma y, por lo tanto, deben poder multiplicar su material genético de forma independiente. Para ello, tienen que traer su propio "parque de máquinas". Un papel esencial en este procesoreproduce una enzima especial compuesta de varias subunidades: la ARN polimerasa. Este complejo lee la información genética del genoma del virus y la transcribe en ARN mensajero ARNm, que sirve como modelo para las proteínas codificadas en el genoma.
Los científicos del Biocentro de Julius-Maximilians-Universität Würzburg JMU y el Instituto Max Planck MPI de Química Biofísica en Gotinga ahora han logrado resolver por primera vez la estructura tridimensional de una ARN polimerasa de virus vacciniaa resolución atómica. El virus vaccinia pertenece a la familia de los poxvirus, es inofensivo para los humanos y constituye la base de todas las vacunas contra la viruela. Debido a sus propiedades benignas, actualmente se está probando para viroterapia oncolítica, una estrategia novedosa en el combate contra el cáncer.
Los responsables de este trabajo son Utz Fischer, Presidente del Departamento de Bioquímica I de la JMU Würzburg, y Patrick Cramer, Director y jefe del Departamento de Biología Molecular en el MPI de Química Biofísica. En dos publicaciones simultáneas en la revista Celda , ahora presentan los resultados de su colaboración.
Una abrazadera molecular que mantiene todo junto
"La ARN polimerasa del virus vaccinia existe esencialmente en dos formas: la enzima central real y un complejo aún más grande que, gracias a varias subunidades adicionales, tiene funcionalidades especiales", explica Fischer. La enzima central es muy similar a otra enzima conocida, que durante mucho tiempo ha sido el foco del departamento de Cramer: la ARN polimerasa II celular. Se encuentra en el núcleo de la célula, donde lee la información sobre el genoma y la transcribe en ARNm. Fischer llama al segundo complejo de ARN polimerasa vaccinia un "versátil ". Compuesto por numerosas subunidades, lleva a cabo todo el proceso de transcripción del virus, lo que permite un paso importante en la multiplicación del patógeno.
El complejo se mantiene unido por una molécula que el virus presta de su célula huésped: un llamado ARN de transferencia ARNt. Este tipo de molécula normalmente no juega un papel en la transcripción, pero proporciona los bloques de construcción de aminoácidos para"Sin la participación del ARNt del huésped, esta enorme maquinaria con todas sus subunidades específicas se desmoronaría", dice el biólogo estructural Clemens Grimm, quien realizó el análisis estructural junto con Hauke Hillen del MPI. Los investigadores sospechan queLa molécula de ARNt, además de su función de conexión, realiza otra tarea importante: "Este ARNt solo puede cargarse con glutamina, un aminoácido necesario no solo para la producción de proteínas, sino también una fuente importante de energía y nitrógeno para la célula".explica Aladar Szalay, coautor del estudio y director del Cancer Therapy Research Center CTRC en la JMU. Dado que el virus depende del nitrógeno para su replicación, el tRNA podría servir como un sensor que pProporciona al virus información sobre el contenido actual de nitrógeno en la célula huésped.Si el nivel de nitrógeno cae por debajo de un cierto valor, esta podría ser la señal para que el virus abandone su huésped lo antes posible.Pero hasta ahora esto es solo una hipótesis.
Para descubrir cómo funciona la ARN polimerasa viral, los investigadores también determinaron su estructura tridimensional durante los diferentes pasos de la transcripción. Con estos nuevos hallazgos, ahora es posible comprender todo el proceso de multiplicación del virus de manera estructural. Como enuna película, es posible rastrear cómo funciona esta máquina molecular a nivel atómico y cómo se coreografían los procesos individuales ". Lo sorprendente es cómo los bloques de construcción de la máquina se reorganizan después del inicio de la transcripción para impulsar la síntesis del ARNproducto: este complejo es realmente muy dinámico ", explica Hillen. Para obtener esta información, los bioquímicos y los biólogos estructurales tuvieron que trabajar en estrecha colaboración: los bioquímicos Julia Bartuli y Kristina Bedenk en la JMU han purificado y bioquímicamente caracterizado el complejo de polimerasa con todos sus componentes.interactuando componentes en un proceso de un año.Los biólogos estructurales Grimm y Hillen fueron responsables de determinare estructuras tridimensionales.
Un super microscopio proporciona los datos necesarios
Los investigadores obtuvieron los datos de un dispositivo que ha revolucionado el análisis estructural en los últimos años: los microscopios crioelectrónicos de última generación, que funcionan tanto en la JMU como en el MPI. Con 300,000 voltios, dispara electrones a través de muestras enfriadasa menos 180 grados centígrados y, por lo tanto, ofrece imágenes con una resolución que varía en el orden de los átomos. El microscopio permite estudiar moléculas y complejos biológicos y reconstruir su estructura tridimensional.
Durante unos seis meses, Grimm y Hillen tuvieron que trabajar con sus computadoras hasta que desarrollaron un modelo espacial de los complejos de polimerasa a partir de varios terabytes de datos ". Sin los nuevos microscopios de crio en nuestras instituciones y la excelente cooperación entre los dosgrupos, eso no hubiera sido posible tan rápido y con esta calidad ", dice Grimm. Con las gafas 3D, ahora todos pueden visualizar espacialmente el complejo, convertirlo arbitrariamente y diseccionarlo en sus subunidades".
Entre otras cosas, los nuevos hallazgos ahora ofrecen la posibilidad de desarrollar inhibidores y moduladores para influir en el ciclo de propagación viral. Debido a que la replicación de la vacuna se produce en el citoplasma, los científicos también esperan que tenga potencial terapéutico. Actualmente, se están realizando estudios en todo elmundo en el que los virus Vaccinia se usan en la lucha contra el cáncer. La compañía Genelux, que también participó en el estudio, ya ha demostrado en experimentos con animales y pacientes el potencial de los virus Vaccinia especialmente optimizados para reducir tumores y detectar las metástasis más pequeñas.Además, los investigadores esperan nuevas y emocionantes ideas sobre el funcionamiento de los complejos de ARN polimerasa no virales relacionados.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Würzburg . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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