Ahlquist و دیگر اعضای تیم، مرکز تحقیقات UW-Madison Cryo-EM (CEMRC) و رهبری آن را به‌عنوان حیاتی در پیشرفت خود ستایش می‌کنند. CEMRC این فناوری ارزشمند را برای تعداد زیادی از دانشمندان در سراسر پردیس UW-Madison و به عنوان یک مرکز ملی بسیار فراتر از آن در دسترس قرار می دهد. CEMRC به رهبری پروفسور بیوشیمی الیزابت رایت، قابلیت‌های پیشرفته‌ای را در اساساً در همه اشکال تصویربرداری کرایو-EM ارائه می‌کند.
پل آلکویست، مدیر مرکز ویروس شناسی جان و جین رو در موسسه و استاد ویروس شناسی مولکولی و انکولوژی دانشگاه ویسکانسین-مدیسون
آنها کروموزوم RNA ژنومیک ویروسی والدین را یافتند که به طور محکم در داخل یک وزیکول غشایی محافظ پیچیده شده است، که کانال گردنی آن به سیتوپلاسم را کشف کردند که محل ماشین آلات تکثیر RNA ویروسی واقعی – موتور پویا و چند منظوره کپی ژنوم – در یک دستگاه قبلی است. ناشناخته، 12 برابر متقارن، مجتمع حلقه ای که آنها نام “تاج”.
Cryo-EM تصویربرداری بسیار پیشرفته را با تجزیه و تحلیل محاسباتی گسترده ترکیب می‌کند تا به دانشمندان اجازه دهد مولکول‌های منجمد فلاش را در حالت اصلی خود در وضوح مولکولی تا اتمی تجسم کنند و بینش‌های انقلابی در مورد ساختار بیولوژیکی ارائه دهند که می‌تواند پایه‌ای قدرتمند برای توسعه درمانی برای خنثی کردن بیماری باشد.
در تحقیقی که به صورت آنلاین در 24 ژانویه توسط The مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (PNASدانشمندان مؤسسه تحقیقاتی مورگریج، این مراحل اولیه حیاتی عفونت ویروسی و کنترل آنها را روشن کردند. محققان راه‌های جدیدی برای آزادسازی کمپلکس‌های تکثیر RNA ویروسی از سلول‌ها و تجسم آنها به روش‌های پیچیده با میکروسکوپ کرایو الکترونی (cryo-EM) ابداع کردند.
Ahlquist می‌گوید: «در ویروس‌شناسی، مجموعه‌هایی که مردم تا به امروز روی آنها تمرکز کرده‌اند، عمدتاً ذرات عفونی بودند که بین سلول‌ها حرکت می‌کنند، که خالص‌سازی و مطالعه آنها نسبتاً آسان است زیرا خود را از سلول‌ها آزاد می‌کنند».
فقط کاهش سرعت مونتاژ و عملکرد کمپلکس های تکثیر RNA برای از بین بردن این ویروس ها کافی است. این نتایج جدید پایه ای قوی برای یافتن راه های جدید برای انجام این کار فراهم می کند.”
برای مقایسه، نویسنده اول هونگ ژان می گوید: “اولین تجسم ماشین آلات تاج توسط آزمایشگاه ما در سال 2017 مانند شناسایی وجود و طرح کلی یک ساختمان بود. وضوح جدید 2023 مانند نشان دادن جزئیات دقیق است، مانند سیم کشی برق و قفل های در.”
ژان، اچ. و همکاران (2023) معماری تاج تکثیر RNA نوداویروس، پیش ساز اولیه تاج و پروتئین ویروسی A سوئیچینگ ساختاری را نشان می دهد. PNAS. doi.org/10.1073/pnas.2217412120.
منبع
در حال حاضر، در مقاله جدید خود در PNASاین تیم با آشکار ساختن ساختار پیچیده این تاج مولکولی و حوزه‌های آنزیمی اجزای آن در وضوح اتمی تا نزدیک به اتمی، جهشی بیشتری ارائه می‌دهند. این نتایج با وضوح بسیار بالاتر نشان می‌دهد که چگونه بسیاری از ماژول‌های عملکردی متمایز این موتور تکراری مرتب شده‌اند، که پایه‌ای ضروری برای کار کردن مونتاژ، عملکرد دینامیکی آن و راه‌هایی برای تداخل با هر دو فراهم می‌کند.
بیشتر ژن های میکروب و میزبان در مجتمع های پروتئینی بزرگی که به عنوان ماشین های مولکولی عمل می کنند، عمل می کنند. ساختار این مجامع حیاتی، با این حال، تا حد زیادی ناشناخته بوده و درک و کنترل فرآیندهای مربوطه را به شدت محدود کرده است. در سال 2017، با استفاده از یک ویروس مدل پیشرفته، آزمایشگاه Ahlquist اولین تصویربرداری کامل از یک مجتمع تکثیر RNA ویروسی و سازمان خیره کننده آن را ارائه کرد.
رهبری این تیم تحقیقاتی را Paul Ahlquist، مدیر مرکز ویروس شناسی جان و جین روو موسسه و استاد ویروس شناسی مولکولی و انکولوژی دانشگاه ویسکانسین-مدیسون بر عهده دارد. این تیم شامل دانشمندان هونگ ژان، نورالدین آنچوانیوالا و یوهان دن بون، محقق مورگریج و استادیار بیوشیمی UW-Madison، تیم گرانت، و نویسندگان همکار آندریا ربولدو-ویوروس، جانیس پنینگتون، مارک هورسویل، روما برادبری و جانات مایرز است.
Ahlquist می‌گوید بر این اساس، اصول زیربنایی حفظ‌شده ممکن است به‌عنوان پایه‌ای برای توسعه استراتژی‌های ضد ویروسی قوی‌تر و با طیف گسترده‌تر عمل کند که می‌تواند عفونت را نه تنها توسط یک، بلکه گروه کاملی از ویروس‌ها را مهار کند.
منبع:
عضو تیم یوهان دن بون خاطرنشان می کند که، در میان نتایج دیگر، آنها دریافتند که “تاج از دو حلقه 12 مری روی هم از یک پروتئین تکثیر RNA ویروسی عظیم ساخته شده است که حوزه های متعدد آن همه عملکردهای مورد نیاز برای سنتز نسخه های جدید ژنومی ویروسی را فراهم می کند. RNA. با این حال، پروتئین‌ها در حلقه‌های بالایی و پایینی در ساختارهای بسیار متفاوتی هستند و حوزه‌های تشکیل‌دهنده آنها در موقعیت‌های متفاوتی نسبت به یکدیگر قرار دارند.
او می افزاید: «با این حال، بیشتر فرآیندهای تکثیر ویروسی در محیط پیچیده درون سلول ها اتفاق می افتد. این فصل جدیدی است که در آن ما توانسته‌ایم به درون سلول‌ها دسترسی پیدا کنیم تا ماشین‌های پیچیده‌تر ویروسی را که رویدادهای اصلی تکثیر ویروسی را انجام می‌دهند، با جزئیات زیاد ضبط و تصویر کنیم.
ویروس‌های RNA، مانند ویروس کرونا که باعث COVID-19 می‌شود، در لحظه آلوده کردن یک سلول در مسابقه مرگ و زندگی هستند.
نتایج در حال ظهور از گروه مورگریج و سایر محققان نشان می دهد که اصول آشکار شده توسط این مطالعات از نظر تکاملی باستانی هستند و مجتمع های تاج مانند مشابه برای تکثیر اکثر ویروس های RNA در این دسته بزرگ، اگر نگوییم همه، مرکزی هستند. این شامل کروناویروس COVID-19 SARS-CoV-2 و بسیاری از عوامل بیماری زا می شود.
شواهد رو به رشد نشان می‌دهد که تاج نه تنها نسخه‌های جدیدی از ژنوم RNA ویروسی را سنتز می‌کند، بلکه به انتقال این ژنوم‌های جدید به فرآیندهای پایین‌دستی بیان ژن و مونتاژ ذرات ویروسی جدید عفونی کمک می‌کند. بنابراین به نظر می رسد که تاج عملکردهای اصلی را برای سازماندهی بسیاری از مراحل بحرانی در سراسر عفونت ارائه می دهد.
مرجع مجله:
این ویروس‌ها فقط چند دقیقه فرصت دارند تا ماشین‌های تکثیر خود را در داخل سلول میزبان ایجاد کنند، قبل از اینکه دستورالعمل‌های ژنتیکی موجود در ژنوم‌های آسیب‌پذیر RNA آنها – که شکننده‌تر از DNA هستند – در غیر این صورت توسط خانه‌داری سلولی از بین بروند. در صورت موفقیت، ویروس می تواند از تنها چند نسخه از ژنوم RNA خود به نیم میلیون نسخه در ذرات عفونی جدید در کمتر از 12 ساعت تبدیل شود. اگر نه، ویروس می میرد.
یک مفهوم این است که همان حوزه های پروتئینی به روش های متفاوتی در حلقه های بالا و پایین عمل می کنند. چندین ویژگی دیگر نشان می دهد که تاج یک ساختار ثابت نیست، بلکه یک ماشین پیچیده و فعال است که برای انجام فعالیت های متوالی خود در یک سری حرکات حرکت می کند. بر اساس این ساختار و آزمایش‌های هدفمند بیشتر، تیم مورگریج در حال روشن کردن عملکرد تاج و ژیمناستیک کنفورماسیونال است.
یکی دیگر از یافته های ارزشمند این مطالعات این است که حلقه 12-mer پایینی یک پیش ماده مونتاژی است که قبل از مراحل واقعی همانندسازی RNA تشکیل می شود. این پیش‌ساز «پیش تاج» سپس الگوی RNA ژنومی ویروسی و سایر اجزا را برای شروع سنتز RNAهای جدید استخدام می‌کند و به عنوان پایه‌ای برای جمع‌آوری مجتمع تکثیر حلقه‌ای بالغ و دوگانه عمل می‌کند.