Translacijski procesi pri sintezi koronavirusnih proteinov

Uvod

RNA virusi imajo relativno majhne genome, zaradi selekcijskega pritiska, da imajo čim manjši genom. To v kombinaciji s kanonično evkariontsko translacijo mRNA, ki v veliki večini primerov dopušča zapis le za 1 protein, je pripeljalo do razvoja izražanja poliproteinov in subgenomske RNA, poleg tega pa še do številnih ne-kanoničnih translacijskih mehanizmov RNA virusov v evkariontih, kot so vstop ribosoma znotraj mRNA, prepustno iskanje začetnega kodona, iniciacija z nekanoničnim začetnim kodonom, ribosomski preskok, reiniciacija translacije, ribosomski premik bralnega okvirja in prepustnim stop kodonom. Virusi se zanašajo na celične mehanizme gostitelja za razmnoževanje. Po okužbi gostiteljske celice virus spremeni delovanje celice, zato da poteka izražanje virusnih proteinov čim bolj učinkovito. To vključuje tudi inhibicijo translacija celične mRNA.

Mehanizmi translacije

Vloga 5' kape pri translaciji

Nekateri RNA virusi inhibirajo sintezo celičnih proteinov, s tem da s svojimi encimi proteolitično cepijo faktorje za iniciacijo translacije, ki se vežejo na 5'-kapo. Virusna mRNA se pa lahko še naprej nekanonično prevaja(npr. z vstopom ribosoma znotraj mRNA). Koronavirusi, po drugi strani, se zanašajo na eIF4F(evkariontski iniciacijski faktor 4F), ki se veže na 5'-kapo mRNA, za ekspresijo svojih proteinov.

Ribosomski premik bralnega okvirja

Koronavirusni genom se po vstopu v celico lahko začne takoj prevajati. Tako se izrazita gena ORF1a in ORF1ab. Za sintezo poliproteina 1ab je potreben -1 ribosomski premik bralnega okvirja. Do premika bralnega okvirja pride v regiji, kjer se bralna okvirja ORF1a in ORF1b prekrivata in je nujen za uspešno replikacijo koronavirusov. Signal za premik bralnega okvirja je sestavljen iz spolzkega zaporedja “UUUAAAC”, ki mu sledi kompleksna RNA zanka, ki se razlikuje med koronavirusi in sprememba njene strukture lahko močno vpliva na uspešnost premika bralnega okvirja. Na to vpliva tudi RNA-RNA interakcija med stimulatorno strukturo in zanko 3.

Ribosomski preskok

Pri prenosljivem koronavirusu gastroenteritisa(TGEV) je bil opažen ribosomski preskok pri ORF 3a. Ribosomski preskoki potrebujejo 5' iniciacijo translacije. Na mRNA, pri kateri je ta mehanizem prisoten, je pogosto kratek začetni odprti bralni okvir, nato pa ribosom pride do sekundarne strukture RNA, ki povzroči odcep velike podenote ribosoma, mala podenota se pa samo premakne mimo te strukture oz. "preskoči" del zaporedja in nadaljuje z iskanjem novega začetnega kodona. TGEV ima ORF 3a, ki mu manjka začetni kratek ORF, z tem mehanizmom se preskoči vodilno zaporedje.

Literatura

Nakagawa, K., Lokugamage, K. G. & Makino, S. Viral and Cellular mRNA Translation in Coronavirus-Infected Cells. Advances in Virus Research vol. 96 165–192 (Elsevier, 2016).

Firth, A. E. & Brierley, I. Non-canonical translation in RNA viruses. Journal of General Virology 93, 1385–1409 (2012).