레이저 '핀셋'으로 범용 바이러스 DNA 포장 메커니즘 공개

[이매진]

레이저 '핀셋'으로 범용 바이러스 DNA 포장 메커니즘 공개

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Laser 'tweezers' unveil universal virus DNA packaging mechanism

파지 람다 DNA 상호작용의 제어: 뉴클레오티드 의존적 및 독립적 파지.

에 의해프라작타 바닉 박사

2023년 11월 22일 오후 1:59 IST

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과학자들은 레이저로 구동되는 '광학 핀셋'을 사용하여 바이러스가 DNA를 감염성 입자로 압축하는 데 사용하는 보편적인 모터 메커니즘을 발견했습니다. eLife에 게재된 연구는 기본입니다. 이는 우리가 바이러스 DNA 모터와 모터 복합체에서 단백질의 특정 역할을 이해하는 방식을 바꿀 수 있습니다. 실험은 연구 결과를 강력하게 뒷받침합니다.

헤르페스바이러스와 같은 바이러스는 ATP로 구동되는 작은 모터를 사용하여 유전 물질을 프로캡시드라는 껍질에 포장합니다. 이러한 모터의 기능을 파악하는 것은 항바이러스 약물 설계에 중요하며 세포 모터 메커니즘에 대한 통찰력을 제공합니다. 레이저를 사용하여 작은 입자를 조작하는 광학 핀셋은 DNA 모터에 대한 이해를 향상시켰습니다. 이 핀셋은 2018년 노벨 물리학상을 수상한 Arthur Ashkin이 개발했습니다. 이 핀셋은 말단과 같은 주요 효소를 연구하는 데 도움이 되지만, 모터가 DNA를 어떻게 잡는지, 모터가 멈추거나 미끄러지는 원인과 같은 모터-DNA 상호 작용에 대한 의문은 여전히 ​​남아 있습니다.

제1저자인 미국 캘리포니아대학교 샌디에고 캠퍼스 물리학과 학생인 Brandon Rawson은 “연구 결과에 따르면 ATP 결합으로 인해 DNA 모터가 DNA를 붙잡고 ATP가 ADP로 분해되면서 DNA가 방출되는 것으로 나타났습니다. “이 상호 작용을 더 자세히 조사하기 위해 우리는 TerL이라는 운동 단백질을 포함하는 파지 T4라는 박테리아 바이러스의 운동을 연구하기 위해 변형된 광학 핀셋 방법을 개발했습니다. 우리는 ATP가 TerL이 DNA를 잡도록 촉발하고 미끄러지는 동안 모터와 DNA 사이의 마찰을 제어한다는 것을 보여주었습니다. 이 연구에서 우리는 TerL과 덜 이해된 구성 단백질인 TerS를 포함하는 운동 복합체를 조사하여 바이러스 게놈 패키징을 제어하기 위해 함께 작동하는 방법을 이해하도록 이를 확장했습니다."

연구팀은 인간 헤르페스바이러스와 유사한 박테리아 바이러스의 게놈 패키징 모터에 중점을 두었습니다. 이러한 바이러스는 개별적으로 분리하고 포장해야 하는 여러 게놈 복사본을 생성합니다. '단위 길이' 게놈 패키징이라고 하는 이 프로세스에는 TerS가 특정 사이트에서 패키징을 시작하고 TerL이 다른 위치에 도달할 때까지 게놈을 절단하여 껍질로 밀어넣는 과정이 포함됩니다. 모터가 멈추고 TerL이 DNA를 절단하고 포장된 입자가 방출됩니다.

본 연구에서는 TerS와 TerL을 함께 조사했습니다. 연구팀은 두 가지가 모두 존재하면 ATP가 없어도 DNA 고정과 모터-DNA 마찰이 더 자주 발생한다는 사실을 발견했습니다. 이는 TerL만 존재할 때 이전에는 볼 수 없었습니다. ATP 또는 ADP를 추가하면 파지력과 마찰이 증가하여 뉴클레오티드 의존성과 뉴클레오티드 독립적이라는 두 가지 모터-DNA 상호 작용 메커니즘이 드러났습니다. DNA 고정은 ATP에서 가장 강력했고 ADP에서는 약했으며 뉴클레오티드가 없으면 취약했습니다.

파지 T4에 대한 초기 연구에서 팀은 전체 DNA가 프로캡시드에서 미끄러지는 것을 방지하는 DNA '말단 클램프'를 발견했습니다. 이 연구는 람다 파지도 이 메커니즘을 사용한다는 것을 보여줍니다. ATP가 존재하지 않더라도 DNA가 너무 많이 떨어지면 끝에 걸려서 분리되는 것을 방지합니다.

수석 저자이자 UC 샌디에고 물리학 교수인 Douglas Smith는 이렇게 말했습니다 . “다양한 포장 방법을 사용하는 바이러스에 대한 연구를 기반으로 한 우리의 최신 연구는 터미나제 모터의 보편적인 특징을 밝혀냈습니다. 이는 DNA 포장 중에 일관된 TerS 하위 단위의 역할을 제안합니다. 이번 발견은 TerL 단백질에 의해 구동되는 터미나제 운동 기능의 보편적인 메커니즘을 뒷받침합니다. 또한 TerS가 있는 모터에서 DNA 그립이 더 자주 발생하여 TerS가 슬라이딩 클램프처럼 작동한다는 주요 차이점을 강조합니다. 별도의 엔드 클램프 메커니즘은 패키징 효율성을 높이고 패키징 시작 시 형성된 복합체와 동일할 가능성이 높습니다. 이는 우리의 방법이 이 복합체의 안정성에 영향을 미치는 요인을 탐색할 수 있음을 의미합니다.”

이 연구 결과는 바이러스 DNA 모터에 대한 더 깊은 이해에 기여하고 주로 TerL 단백질에 의해 구동되는 터미나제 모터 기능에 대한 보존된 보편적 메커니즘을 강조합니다. 또한 이 연구는 TerS가 잠재적으로 슬라이딩 클램프로 기능하고 엔드 클램프 메커니즘이 패키징 효율성을 향상시키는 시스템 간의 중요한 차이점을 보여줍니다. 이러한 통찰력은 항바이러스 약물 설계에 중요한 영향을 미칠 수 있으며 운동 복합체의 안정성에 영향을 미치는 요인을 탐색할 수 있는 방법을 제공합니다.