Защитный механизм, которым обладают клетки человека против таких вирусов, как оспа обезьян, вирус простого герпеса и вирус папилломы человека — все вирусы с двухцепочечной ДНК - основан на белках, которые патрулируют клетку, действуя как датчики ДНК вируса. Этот тип клеточной защиты был обнаружен всего десять лет назад и до сих пор мало изучен. Когда сенсорные белки обнаруживают вирусную ДНК, они связываются с ней, и возникает сигнал тревоги, активирующий защитные силы клетки. Но, как и в любой гонке вооружений, некоторые вирусы также развили белки, способные блокировать эту клеточную сигнальную систему.

Одним из таких белков, который предупреждает клетки о присутствии ДНК-вирусов, является белковый комплекс под названием Ku. Ученым из CNIO и Университета Сассекса теперь удалось определить его трехмерную структуру на атомном уровне в сочетании с вирусными белками, способными блокировать его функционирование. Результаты, опубликованные в журнале Nature Communications, должны помочь улучшить реакцию на эти типы инфекций.

Исследователи работали с вирусом осповакцины (использовался при разработке вакцины против оспы и относится к семейству поксвирусов). Два белка в этом вирусе, называемые C4 и C16, связываются с Ku и блокируют его действие, тем самым инактивируя клеточный иммунный ответ. Знание формы этих белков — их трехмерной структуры — помогает исследователям понять, как они блокируют Ku.

Белки в виде пробок, которые инактивируют Ku-кольцо

Ку имеет форму кольца с центральным отверстием, которое он использует для встраивания в ДНК. Исследователи обнаружили, что два белка в вирусе действуют как пробки, которые блокируют отверстие, подавляя способность Ku распознавать вирусную ДНК.

Исследователям CNIO из группы макромолекулярных комплексов в реакции на повреждение ДНК, возглавляемой Оскаром Льоркой, удалось получить структуру комплекса C16-Ku с помощью электронной криомикроскопии, метода, который позволяет визуализировать взаимодействия между вирусным белком и человеческим белком.

Таким образом, авторам исследования удалось определить, какая часть вирусного белка блокирует функционирование Ku. "Гетеродимер Ku образует своего рода кольцо, которое связывается с ДНК. Вирусный белок действует как своего рода колпачок на этом кольце, блокируя связывание Ku с вирусной ДНК", - объясняет Оскар Льорка.

Работа была проведена в сотрудничестве с группой из Университета Сассекса (Великобритания) во главе с исследователем Лоуренсом Х. Перлом, который подтвердил, что механизм действия белка C4 очень похож на механизм действия C16.

Блокирование Ku от помощи опухолевым клеткам

Комплекс Ku также присутствует в ядре клеток, но его роль там заключается не в том, чтобы предупреждать нас о присутствии вирусов, а в том, чтобы восстанавливать наш собственный генетический материал, когда он поврежден.

Группа Льорки изучает роль в раке белковых комплексов, таких как Ku, которые участвуют в восстановлении двухцепочечной ДНК. Когда эти механизмы репарации действуют в опухолевых клетках, они повышают их выживаемость и таким образом помогают раку. Благодаря этому новому исследованию исследователи теперь знают, как вирусы блокируют действие Ku, что может научить их, как изменить его роль в восстановлении разрывов ДНК в опухолевых клетках.

"Идея этого исследования возникла потому, что если бы в рамках лечения повреждения ДНК в опухолевых клетках мы могли блокировать функционирование Ku во время процесса репарации ДНК, подобно тому, как это делают вирусы, лечение было бы еще более эффективным", - говорит Анхель Ривера-Кальсада, соавторведущий автор исследования.

Таким образом, одним из следующих шагов будет оценка того, можно ли использовать имитацию механизма, используемого вирусными белками для блокирования Ku, для разработки стратегии усиления эффекта лечения рака.

"Из всего вирусного белка часть всего из нескольких аминокислот блокирует действие Ku", - говорит Ривера-Кальзада. Первым шагом было бы подтвердить, что эти небольшие фрагменты, полученные в лаборатории, способны блокировать распознавание поврежденной ДНК. Чтобы достичь этого, авторы исследования надеются сотрудничать с экспертами CNIO по таким стратегиям.

Содействие достижению цели борьбы с вирусными инфекциями

Кроме того, полученная информация могла бы помочь в разработке стратегий борьбы с инфекциями, вызываемыми этими вирусами.

Сравнивая белковые последовательности гомологов C4 и C16 в других вирусах того же семейства, исследователи смогли заметить, что области, участвующие в инактивации Ku, широко консервативны. К таким вирусам относятся, например, оспа и оспа обезьян, последний из которых недавно попал в новости из-за появления многочисленных случаев заболевания в нескольких европейских странах. С этой целью исследователи планируют будущее сотрудничество с группами, специализирующимися в области вирусологии.