Dois regulados dinamicamente

Nature Communications volume 14, número do artigo: 4977 (2023) Citar este artigo

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Muitos vírus de RNA empregam locais internos de entrada do ribossomo (IRESs) em seu RNA genômico para comandar a maquinaria de tradução do hospedeiro para replicação. O IRES do vírus da encefalomiocardite (EMCV) interage com o fator de iniciação da tradução eucariótica 4 G (eIF4G), recrutando a subunidade ribossômica para tradução. Aqui, analisamos a estrutura tridimensional do complexo composto por EMCV IRES, o fragmento do domínio HEAT1 de eIF4G e eIF4A, por microscopia crioeletrônica. Dois domínios distintos que interagem com eIF4G no IRES são identificados, e a formação complexa altera o ângulo entre eles. Além disso, exploramos a dinâmica desses domínios usando espectroscopia de RMN de solução, revelando equilíbrios conformacionais na escala de tempo de microssegundos a milissegundos. Nas conformações pouco povoadas, o registro de emparelhamento de bases de um domínio é deslocado com a transição estrutural da junção de três vias, como na estrutura complexa. Nosso estudo fornece insights sobre a estratégia sofisticada do RNA viral para o acoplamento ideal para sequestrar a proteína hospedeira.

Os vírus de RNA subvertem a maquinaria de tradução do hospedeiro para envolver os ribossomos celulares, o que é essencial para promover a tradução do genoma viral para replicação . Um desses mecanismos utiliza locais internos de entrada do ribossomo (IRESs) nas regiões 5 'não traduzidas do genoma do RNA, que comandam a maquinaria de tradução do hospedeiro através de múltiplas interações RNA-RNA e / ou RNA-proteína. A regulação da tradução dependente do IRES é, portanto, um passo crítico para a infecção e replicação destes vírus, com múltiplos efeitos na virulência, tropismo tecidual e patogenicidade2. Além disso, alguns mRNAs celulares eucarióticos também podem capitalizar o mecanismo de tradução dependente do IRES para regular processos como o desenvolvimento e as respostas ao estresse celular .

IRESs são elementos de RNA de ação cis que normalmente adotam estruturas tridimensionais, seja para interagir diretamente com a subunidade ribossômica 40S, ou para envolver fatores de tradução para recrutar a subunidade 40S. Entre os IRES identificados até agora, o do vírus da encefalomiocardite (EMCV) na família Picornaviridae exibe uma das mais altas eficiências de tradução e requer os fatores de iniciação eucariótica (eIFs) 4G, 4A, 2 e 3 para recrutar a subunidade 40S para tradução iniciação5. Este requisito do IRES EMCV é semelhante aos de alguns IRES celulares eucarióticos6,7, sugerindo semelhanças mecanísticas com as contrapartes eucarióticas. O elemento EMCV IRES interage diretamente com o domínio HEAT1 de eIF4G (eIF4GHEAT1), e esta interação é ainda melhorada quando eIF4GHEAT1 está em complexo com eIF4A8,9 (Fig. 1a, b). Dentro do EMCV IRES, a região G680-C787, designada como JK-St neste estudo, é responsável pela captura específica do eIF4GHEAT1. Anteriormente determinamos a estrutura desta região JK-St por espectroscopia de RMN de solução . É composto por duas hastes (domínios J e K) que se bifurcam a partir de uma haste base (domínio St) (Fig. 1c). Na junção de três vias, uma sequência altamente conservada de seis adenosinas forma uma haste curta, denominada ASL, que interage com os domínios J, K e St na parte juncional. Utilizando ensaios bioquímicos, vários locais de interação no JK-St ou eIF4GHEAT1 foram relatados . Embora eIF4GHEAT1 supostamente se ligue a RNAs celulares , a interação entre JK-St e eIF4GHEAT1 é mais forte e mais específica de sequência e/ou estrutura , sugerindo que JK-St evoluiu para capturar especificamente eIF4GHEAT1. No entanto, o mecanismo estrutural pelo qual a região JK-St reconhece especificamente o eIF4GHEAT1 permaneceu em grande parte desconhecido. As proteínas típicas de ligação ao RNA utilizam interfaces onde resíduos carregados positivamente, como arginina ou lisina, e/ou resíduos aromáticos, como tirosina ou fenilalanina, são agrupados e alinhados para o reconhecimento específico das moléculas de RNA alvo . No entanto, eIF4GHEAT1 não possui agrupamentos de tais resíduos (Figura 1 suplementar), o que é corroborado pela previsão de resíduos de ligação ao RNA em eIF4GHEAT1 a partir da estrutura e/ou análises de sequência não identificam nenhuma interface de ligação ao RNA . Além disso, para sequestrar e explorar o sistema de tradução do hospedeiro, o RNA viral do IRES deve ligar-se ao eIF4GHEAT1 sem perturbar a sua função inata na tradução; nomeadamente, recrutar eIF4A. Para atender a esta condição, o JK-St deve se ligar ao eIF4GHEAT1 sem competir com o eIF4A, o que restringe ainda mais os possíveis locais de ligação no eIF4GHEAT1.