hnRNPA1 Remodels SARS-CoV-2 Genomic G-Quadruplexes through Its UP1 Domain
Questo studio dimostra che la proteina dell'ospite hnRNPA1, specificamente attraverso il suo dominio UP1, si lega e srotola le strutture G-quadruplex all'interno del genoma di SARS-CoV-2, suggerendo un meccanismo attraverso il quale il virus utilizza questo abbondante fattore cellulare per risolvere le strutture secondarie dell'RNA per una replicazione efficiente.
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I virus sono maestri del travestimento, ma si affidano anche al meccanismo stesso delle cellule che infettano per sopravvivere. All'interno di una cellula umana, le istruzioni genetiche sono trasportate da lunghi filamenti di RNA, che solitamente esistono come catene semplici e flessibili. Tuttavia, in certe condizioni, queste catene possono ripiegarsi su se stesse per formare forme complesse, simili a nodi. Una di queste forme è chiamata G-quadruplex. Immaginate una pila di piastre piatte e quadrate composte da quattro blocchi di costruzione chiamati guanina, tenute insieme da un tipo speciale di colla chimica. Queste pile sono molto stabili e possono agere come un blocco stradale, impedendo al meccanismo cellulare di leggere il codice genetico. Per un virus come il SARS-CoV-2, questi blocchi possono essere un'arma a doppio taglio: potrebbero aiutare il virus a nascondersi o a regolare la propria crescita, ma se rimangono bloccati in posizione, possono anche impedire al virus di fare copie di se stesso. Per prosperare, il virus probabilmente ha bisogno di trovare un modo per sciogliere questi nodi quando necessario, spesso prestando strumenti dalla cellula ospite.
Gli scienziati sospettavano da tempo che le proteine umane potessero aiutare il SARS-CoV-2 a gestire queste strutture, ma la meccanica specifica rimaneva un mistero. Un team di ricercatori dell'Indian Institute of Science si è posto l'obiettivo di scoprire se una comune proteina umana chiamata hnRNPA1 gioca un ruolo in questo processo. Questa proteina è abbondante nelle nostre cellule ed è nota per interagire con l'RNA, ma nessuno aveva testato se potesse effettivamente afferrare e sbrogliare i nodi specifici del G-quadruplex presenti nel genoma del SARS-CoV-2. I ricercatori hanno iniziato esaminando il codice genetico del virus e identificando otto sequenze specifiche che erano altamente conservate, il che significa che apparivano in quasi tutti i ceppi del virus e che erano probabilmente importanti per la sua sopravvivenza. Hanno sintetizzato queste sequenze in laboratorio, prima come DNA e poi come RNA, per vedere se si sarebbero ripiegate naturalmente nelle forme a nodo previste.
Utilizzando una tecnica che misura come la luce rimbalza sulle molecole, il team ha confermato che solo due delle otto sequenze formavano effettivamente questi nodi stabili. Una di queste sequenze, situata vicino all'inizio del codice genetico virale, si ripiegava in una pila parallela, mentre l'altra, trovata più avanti nella catena, formava una disposizione diversa e contorta. Per essere assolutamente certi che queste strutture fossero reali, i ricercatori hanno aggiunto un colorante fluorescente che si illumina solo quando si attacca a questi nodi specifici. Come previsto, il colorante brillava intensamente solo quando mescolato con le due sequenze di successo, confermando che il virus trasporta effettivamente queste strutture complesse all'interno del suo materiale genetico.
Con i nodi identificati, il team ha spostato l'attenzione sulla proteina umana hnRNPA1. Questa proteina ha due parti principali: una sezione centrale chiamata dominio UP1, noto per la sua capacità di gestire l'RNA, e una sezione caudale chiamata dominio RGG. I ricercatori volevano sapere se l'intera proteina fosse necessaria per sciogliere i nodi virali, o se bastasse solo la sezione centrale. Hanno misurato il calore rilasciato quando la proteina toccava i nodi di RNA, un metodo che rivela quanto strettamente si leghi. Hanno scoperto che la proteina si agganciava a entrambi i nodi virali con una presa forte e specifica. Interessantemente, il solo dominio centrale UP1 si legava con la stessa forza della proteina completa con la coda attaccata. Ciò suggeriva che la coda non fosse strettamente necessaria per l'aggancio iniziale.
Per vedere se il legame portasse allo scioglimento, i ricercatori hanno mescolato la proteina con i nodi di RNA ripiegati e hanno osservato cosa accadeva. Man mano che aggiungevano più proteina, i segnali distinti che indicavano la presenza dei nodi iniziavano a svanire. I modelli circolari di luce che segnalavano una struttura ripiegata scomparivano, sostituiti da segnali che sembravano un filo sciolto e non aggrovigliato. Ciò accadeva sia che usassero solo il nucleo UP1, sia che usassero la proteina completa con la coda. In effetti, il solo dominio centrale era altrettanto efficace nello sciogliere i nodi quanto la proteina completa. I ricercatori hanno anche testato quanto bene la proteina funzionasse a diversi rapporti, scoprendo che anche una piccola quantità di proteina poteva ridurre significativamente la stabilità dei nodi.
Questi risultati suggeriscono che l'hnRNPA1 agisca come uno strumento molecolare che il virus può sfruttare per liberare il proprio percorso genetico. Legandosi a questi nodi G-quadruplex, la proteina umana può srotolarli, permettendo potenzialmente al virus di replicarsi più efficientemente. Lo studio evidenzia che il virus non ha bisogno di trasportare il proprio strumento specializzato per questo compito; può semplicemente usare una comune proteina umana che è già abbondante nella cella. Sebbene la ricerca confermi che questa interazione avvenga in una provetta, essa punta a un meccanismo plausibile in cui il virus dirotta una proteina dell'ospite per gestire la complessa ripiegatura del proprio codice genetico, assicurando di poter riprodursi efficacemente all'interno del corpo umano.
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