인플루엔자 A 바이러스 중합효소의 유비퀴틴화 환경

Nature Communications 14권, 기사 번호: 787(2023) 이 기사 인용

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인플루엔자 A 바이러스(IAV) 감염 동안 바이러스 단백질은 유비퀴틴으로 변형하기 위해 세포 E3 리가제의 표적이 됩니다. 여기에서는 면역 정제된 K-ε-GG(디글리실)-잔존물 함유 펩타이드의 질량 분석을 적용하여 인간 폐포 상피 세포의 감염 중 IAV 폴리머라제 단백질의 유비퀴틴화 환경을 해독하고 기능적으로 탐색합니다. 우리는 바이러스 중합효소의 3개 하위 단위인 PB2, PB1 및 PA에 걸쳐 59개의 변형된 라이신을 확인했으며, 그 중 17개는 비단백질 분해 메커니즘을 통해 mRNA 전사, vRNA 복제 및 재조합 바이러스 생성에 뚜렷하게 영향을 미칩니다. 더욱이, 추가 기능적 및 in silico 분석은 PB1 엄지 도메인의 K578에서의 유비퀴틴화가 vRNA 복제에 필요한 바이러스 폴리머라제의 동적 구조 전이와 기계적으로 연결되어 있음을 나타냅니다. 돌연변이 K578A 및 K578R은 cRNA 및 vRNA 합성, NP 결합 및 중합효소 이량체화를 방해하여 재조합 바이러스 생성에 차별적으로 영향을 미칩니다. 종합적으로, 우리의 결과는 PB1-K578의 유비퀴틴 매개 전하 중화가 중합효소 이합체화를 조정하고 vRNA 복제를 촉진하는 데 필요한 PB2 N 말단의 구조화되지 않은 루프에 대한 상호 작용을 방해한다는 것을 보여줍니다. 이는 IAV가 바이러스 복제를 위한 바이러스 중합효소의 활성을 조절하기 위해 세포 유비퀴틴 시스템을 활용한다는 증거를 제공합니다.

인플루엔자 A 바이러스(IAV)는 계절성 전염병과 반복되는 전염병을 통해 전 세계 건강에 실질적인 위협을 가하는 Orthomyxoviridae 계통의 호흡기 병원체입니다. IAV 게놈은 vRNA(negative-sense 단일 가닥 RNA)의 8개 세그먼트로 구성됩니다. 각 vRNA는 여러 개의 핵단백질(NP) 복사본과 한 개의 삼량체 바이러스 RNA 의존성 RNA 중합효소(RdRP) 복사본으로 둘러싸여 있으며, 이는 하위 단위 PB2, PB1 및 PA1,2로 구성되어 바이러스 리보핵단백질(vRNP) 복합체를 형성합니다3. 바이러스 mRNA의 전사와 바이러스 게놈의 복제는 RdRP에 의해 매개되며 세포핵에서 발생합니다. 들어오는 vRNP는 숙주 유래 pre-mRNA4,5,6에서 캡을 빼앗은 후 mRNA 합성을 직접 수행할 수 있지만 vRNA 복제는 새로 생성된 바이러스 단백질 및 중합효소 복합체에 따라 달라집니다. 이는 vRNA 합성을 위한 주형 역할을 하는 전장 양성-감각 상보성 RNA(cRNA) 중간체의 생성을 포함하는 프라이머 독립적 방식으로 진행됩니다7.

구조적 조사에 따르면 IAV RdRP는 mRNA 전사 및 vRNA 복제 중에 서로 다른 형태를 채택하는 유연하고 매우 역동적인 단백질 복합체인 것으로 나타났습니다5,8. vRNA 복제에 대한 현재 모델은 전사효소에서 복제효소로의 전환이 비대칭 이합체를 형성하는 두 번째 바이러스 중합효소와의 상호작용에 의해 촉진된다는 것을 시사합니다9,10. 더욱이, 비대칭 이량체의 형성은 초기 cRNA 가닥의 캡시드화를 촉진합니다. 게놈 복제의 두 번째 단계에서, cRNA 주형으로부터 vRNA 합성을 시작하려면 트랜스 활성화 폴리머라제11,12와의 상호작용을 통해 대칭 폴리머라제 이합체의 형성이 필요합니다. 바이러스 수명주기 동안 mRNA 전사와 vRNA 복제 사이의 최적의 균형을 유지하려면 두 이합체의 연대순 조립이 중요하며 바이러스 및 세포 요인의 영향을 받는 것으로 제안됩니다. 특히, 바이러스 단백질의 숙주 매개 번역 후 변형(PTM)은 RdRP의 작용을 미세 조정하기 위한 동적 분자 스위치로 제안되었습니다. 실제로, 인산화15,16,17,18,19, ADP-리보실화 또는 아세틸화19,20,21 뿐만 아니라 유비퀴틴(UB)의 결합22,23,24,25,26,27,28,29,30,31 및 폴리머라제 서브유닛 및 NP에 대한 SUMO 1-332,33, NEDD834 또는 ISG1535와 같은 유비퀴틴 유사 수정자(UBL)가 보고되었습니다. 이러한 수정자 중에서 유비퀴틴화는 인간 세포에서 가장 풍부하며 광범위한 단백질의 기능과 수명을 조절하며 IAV RdRP의 모든 하위 단위에 대해 프로 및 항바이러스 결과가 모두 설명되어 있습니다. UB와 같은 PTM의 활용은 여러 가지 효과를 제공합니다. 이는 다른 UBL 결합 단백질에 대한 결합 표면을 도입하지만 변형된 단백질의 단백질 결합 부위를 보호할 수도 있습니다. 또한, UB는 생물학적 신호(예: 세포 프로테아좀에 의한 분해 또는 다른 세포 구획으로의 전위)를 전달합니다. UB 결합의 덜 보고된 결과는 디펩티드 결합의 형성에 의한 수용체 라이신 측쇄의 양전하의 중화이며, 이는 구조적 변화를 초래하고 다른 단백질과의 상호 작용에 영향을 미칠 수 있습니다. 오늘날까지 바이러스 mRNA 전사 및 게놈 복제 과정에 대한 IAV 폴리머라제 단백질의 부위별 변형의 생물학적 영향은 거의 알려지지 않았습니다.