Конденсаты нуклеопротеина SARS-CoV-2 на вирусной РНК и их низкомолекулярные модуляторы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Феномен разделения фаз “жидкость–жидкость” (LLPS) описан для ряда биополимеров и достаточно полно изучен на примере нескольких белков с неструктурированными фрагментами. К ним относится нуклеокапсидный белок (N-белок) коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома 2. В данном обзоре проанализированы закономерности формирования конденсатов N-белка в присутствии вирусной РНК. Основное внимание уделено типам транзиентных контактов внутри конденсатов и фрагментам N-белок/РНК, участвующим в формировании таких контактов; обобщены современные представления о роли конденсатов в жизненном цикле вируса и их влиянии на защитные свойства клетки-хозяина. В заключительной части обзора рассмотрена возможность регуляции формирования вирусных конденсатов с помощью низкомолекулярных соединений – эндогенных и экзогенных модуляторов разделения фаз, что может стать основой нового направления дизайна противовирусных терапевтических агентов.

Об авторах

Ю. И. Светлова

ФГБУ “Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины” Федерального медико-биологического агентства

Email: annavarizhuk@rcpcm.org
Россия, 119435, Москва, ул. Малая Пироговская, 1а

Ю. И. Павлова

ФГБУ “Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины” Федерального медико-биологического агентства; ФГАОУ ВО “Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)”,

Email: annavarizhuk@rcpcm.org
Россия, 119435, Москва, ул. Малая Пироговская, 1а; Россия, 141701, Долгопрудный, Институтский переулок, 9

А. В. Аралов

ФГБУН “Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова” РАН

Email: annavarizhuk@rcpcm.org
Россия, 117997, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10

А. М. Варижук

ФГБУ “Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины” Федерального медико-биологического агентства; ФГАОУ ВО “Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)”,

Email: annavarizhuk@rcpcm.org
Россия, 119435, Москва, ул. Малая Пироговская, 1а; Россия, 141701, Долгопрудный, Институтский переулок, 9

Список литературы

  1. Aleem A., Akbar Samad A.B., Slenker A.K. // Emerging Variants of SARS-CoV-2 and Novel Therapeutics Against Coronavirus (COVID-19). In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing, 2022. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34033342/
  2. Huang Y., Yang C., Xu X., Xu W., Liu S. // Acta Pharmacol. Sin. 2020. V. 41. P. 1141–1149. https://doi.org/10.1038/s41401-020-0485-4
  3. Ullrich S., Nitsche C. // Bioorg. Med. Chem. Lett. 2020. V. 30. P. 127377. https://doi.org/10.1016/j.bmcl.2020.127377
  4. Uengwetwanit T., Chutiwitoonchai N., Wichapong K., Karoonuthaisiri N. // Comput. Struct. Biotechnol. J. 2022. V. 20. P. 882–890. https://doi.org/10.1016/j.csbj.2022.02.001
  5. Bai Z., Cao Y., Liu W., Li J. // Viruses. 2022. V. 13. P. 1115. https://doi.org/10.3390/v13061115
  6. Yao H., Song Y., Chen Y., Wu N., Xu J., Sun C., Zhang J., Weng T., Zhang Z., Wu Z., Cheng L., Shi D., Lu X., Lei J., Crispin M., Shi Y., Li L., Li S. // Cell. 2020. V. 183. P. 730–738.E13. https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.09.018
  7. Lu S., Ye Q., Singh D., Cao Y., Diedrich J.K., Yates III J.R., Villa E., Cleveland D.W., Corbett K.D. // Nat. Commun. 2021. V. 12. P. 502. https://doi.org/10.1038/s41467-020-20768-y
  8. Cubuk J., Alston J.J., Incicco J.J., Singh S., Stuchell-Brereton M.D., Ward M.D., Zimmerman M.I., Vithani N., Griffith D., Wagoner J.A., Bowman G.R., Hall K.B., Soranno A., Holehouse A.S. // Nat. Commun. 2021. V. 12. P. 1936. https://doi.org/10.1038/s41467-021-21953-3
  9. Wang B., Zhang L., Dai T., Qin Z., Lu H., Zhang L., Zhou F. // Signal Transduct. Target. Ther. 2021. V. 6. P. 290. https://doi.org/10.1038/s41392-021-00678-1
  10. Li H., Ernst C., Kolonko-Adamska M., Man J., Parissi V., Wai-Lung Ng B. // Trends Microbiol. 2022. V. 30. P. 1217–1231. https://doi.org/10.1016/j.tim.2022.06.005
  11. Bäuerlein F.J.B., Fernández-Busnadiego R., Baumeister W. // Trends Cell. Biol. 2020. V. 30. P. 951–966. https://doi.org/10.1016/j.tcb.2020.08.007
  12. Savastano A., Ibáñez de Opakua A., Rankovic M., Zweckstetter M. // Nat. Commun. 2020. V. 11. P. 6041. https://doi.org/10.1038/s41467-020-19843-1
  13. Cascarina S.M., Ross E.D. // FASEB J. 2020. V. 34. P. 9832–9842. https://doi.org/10.1096/fj.202001351
  14. Cascarina S.M., Ross E.D. // J. Biol. Chem. 2022. V. 298. P. 101677. https://doi.org/10.1016/j.jbc.2022.101677
  15. Dang M., Song J. // Biophys. Rev. 2022. V. 14. P. 709–715. https://doi.org/10.1007/s12551-022-00957-3
  16. Alberti S., Gladfelter A., Mittag T. // Cell. 2019. V. 176. P. 419–434. https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.12.035
  17. Abyzov A., Blackledge M., Zweckstetter M. // Chem. Rev. 2022. V. 122. P. 6719–6748. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00774
  18. Titus A.R., Ferreira L.A., Belgovskiy A.I., Kooijman E.E., Mann E.K., Mann J.A., Meyer W.V., Smart A.E., Uversky V.N., Zaslavsky B.Y. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2020. V. 22. P. 4574–4580. https://doi.org/10.1039/C9CP05810A
  19. Jo Y., Jang J., Song D., Park H., Jung Y. // Chem. Sci. 2022. V. 13. P. 522–530. https://doi.org/10.1039/D1SC05672G
  20. O’Flynn B.G., Mittag T. // Curr. Opin. Cell. Biol. 2021. V. 69. P. 70–79. https://doi.org/10.1016/j.ceb.2020.12.012
  21. Brocca S., Grandori R., Longhi S., Uversky V. // Int. J. Mol. Sci. 2020. V. 21. P. 9045. https://doi.org/10.3390/ijms21239045
  22. Zhou R., Zeng R., von Brunn A., Lei J. // Mol. Biomed. 2020. V. 1. P. 2. https://doi.org/10.1186/s43556-020-00001-4
  23. Wang S., Dai T., Qin Z., Pan T., Chu F., Lou L., Zhang L., Yang B., Huang H., Lu H., Zhou F. // Nat. Cell. Biol. 2021. V. 23. P. 718–732. https://doi.org/10.1038/s41556-021-00710-0
  24. Roden C.A., Dai Y., Giannetti C.A., Seim I., Lee M., Sealfon R., McLaughlin G.A., Boerneke M.A., Iserman C., Wey S.A., Ekena J.L., Troyanskaya O.G., Weeks K.M., You L., Chilkoti A., Gladfelter A.S. // Nucleic Acids Res. 2022. V. 50. P. 8168–8192. https://doi.org/10.1093/nar/gkac596
  25. Iserman C., Roden C.A., Boerneke M.A., Sealfon R.S.G., McLaughlin G.A., Jungreis I., Fritch E.J., Hou Y.J., Ekena J., Weidmann C.A., Theesfeld C.L., Kellis M., Troyanskaya O.G., Baric R.S., Sheahan T.P., Weeks K.M., Gladfelter A.S. // Mol. Cell. 2020. V. 80. P. 1078–1091.E6. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2020.11.041
  26. Riback J.A., Zhu L., Ferrolino M.C., Tolbert M., Mitrea D.M., Sanders D.W., Wei M.-T., Kriwacki R.W., Brangwynne C.P. // Nature. 2020. V. 581. P. 209–214. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2256-2
  27. Weidmann C.A., Mustoe A.M., Jariwala P.B., Calabrese J.M., Weeks K.M. // Nat. Biotechnol. 2021. V. 39. P. 347–356. https://doi.org/10.1038/s41587-020-0709-7
  28. Zachrdla M., Savastano A., Ibáñez de Opakua A., Cima-Omori M.S., Zweckstetter M. // Protein Sci. 2022. V. 31. P. e4409. https://doi.org/10.1002/pro.4409
  29. Banani S.F., Rice A.M., Peeples W.B., Lin Y., Jain S., Parker R., Rosen M.K. // Cell. 2016. V. 166. P. 651–663. https://doi.org/10.1016/j.cell.2016.06.010
  30. Choi J.-M., Holehouse A.S., Pappu R.V. // Annu. Rev. Biophys. 2020. V. 49. P. 107–133. https://doi.org/10.1146/annurev-biophys-121219-081629
  31. Lin Y.-H., Brady J.P., Chan H.S., Ghosh K. // J. Chem. Phys. 2020. V. 152. P. 045102. https://doi.org/10.1063/1.5139661
  32. Supekar N.T., Shajahan A., Gleinich A.S., Rouhani D.S., Heiss C., Chapla D.G., Moremen K.W., Azadi P. // Glycobiology. 2021. V. 31. P. 1080–1092. https://doi.org/10.1093/glycob/cwab044
  33. Wu J., Zhong Y., Liu X., Lu X., Zeng W., Wu C., Xing F., Cao L., Zheng F., Hou P., Peng H., Li C., Guo D. // J. Mol. Cell. Biol. 2022. V. 14. P. mjac003. https://doi.org/10.1093/jmcb/mjac003
  34. Wang J., Choi J.-M., Holehouse A.S., Lee H.O., Zhang X., Jahnel M., Maharana S., Lemaitre R., Pozniakovsky A., Drechsel D., Poser I., Pappu R.V., Alberti S., Hyman A.A. // Cell. 2018. V. 174. P. 688–699.E16. https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.06.006
  35. Vernon R.M., Chong P.A., Tsang B., Kim T.H., Bah A., Farber P., Lin H., Forman-Kay J.D. // eLife. 2018. V. 7. P. e31486. https://doi.org/10.7554/eLife.31486
  36. Caruso I.P., dos Santos Almeida V., do Amaral M.J., de Andrade G.C., de Araújo G.R., de Araújo T.S., de Azevedo J.M., Barbosa G.M., Bartkevihi L., Bezerra P.R., dos Santos Cabral K.M., de Lourenço I.O., Malizia-Motta C.L.F., de Luna Marques A., Mebus-Antunes N.C., Neves-Martins T.C., de Sá J.M., Sanches K., Santana-Silva M.C., Vasconcelos A.A., da Silva Almeida M., de Amorim G.C., Anobom C.D., da Poian A.T., Gomes-Neto F., Pinheiro A.S., Almeida F.C.L. // Int. J. Biol. Macromol. 2022. V. 203. P. 466–480. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.01.121
  37. Zhao H., Nguyen A., Wu D., Li Y., Hassan S.A., Chen J., Shroff H., Piszczek G., Schuck P. // PNAS Nexus. 2022. V. 1. P. pgac049. https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgac049
  38. Bogunia M., Makowski M. // J. Phys. Chem. B. 2020. V. 124. P. 10326–10336. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.0c06399
  39. Gao T., Gao Y., Liu X., Nie Z., Sun H., Lin K., Peng H., Wang S. // BMC Microbiol. 2021. V. 21. P. 58. https://doi.org/10.1186/s12866-021-02107-3
  40. Dang M., Li Y., Song J. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2021. V. 541. P. 50–55. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2021.01.018
  41. Kim D., Lee J.-Y., Yang J.-S., Kim J.W., Kim V.N., Chang H. // Cell. 2020. V. 181. P. 914–921.E10. https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.04.011
  42. Malone B., Urakova N., Snijder E.J., Campbell E.A. // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2022. V. 23. P. 21–39. https://doi.org/10.1038/s41580-021-00432-z
  43. Ziv O., Price J., Shalamova L., Kamenova T., Goodfellow I., Weber F., Miska E.A. // Mol. Cell. 2022. V. 80. P. 1067–1077.E5. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2020.11.004
  44. Klein S., Cortese M., Winter S.L., Wachsmuth-Melm M., Neufeldt C.J., Cerikan B., Stanifer M.L., Boulant S., Bartenschlager R., Chlanda P. // Nat. Commun. 2020. V. 11. P. 5885. https://doi.org/10.1038/s41467-020-19619-7
  45. Zhang Z., Nomura N., Muramoto Y., Ekimoto T., Uemura T., Liu K., Yui M., Kono N., Aoki J., Ikeguchi M., Noda T., Iwata S., Ohto U., Shimizu T. // Nat. Commun. 2022. V. 13. P. 4399. https://doi.org/10.1038/s41467-022-32019-3
  46. Perdikari T.M., Murthy A.C., Ryan V.H., Watters S., Naik M.T., Fawzi N.L. // EMBO J. 2020. V. 39. P. e106478. https://doi.org/10.15252/embj.2020106478
  47. Luo L., Li Z., Zhao T., Ju X., Ma P., Jin B., Zhou Y., He S., Huang J., Xu X., Zou Y., Li P., Liang A., Liu J., Chi T., Huang X., Ding Q., Jin Z., Huang C., Zhang Y. // Sci. Bull. (Beijing). 2021. V. 66. P. 1194–1204. https://doi.org/10.1016/j.scib.2021.01.013
  48. Wang W., Chen J., Yu X., Lan H.Y. // Int. J. Biol. Sci. 2022. V. 18. P. 4704–4713. https://doi.org/10.7150/ijbs.72663
  49. Oh S.J., Shin O.S. // Cells. 2021. V. 10. P 530. https://doi.org/10.3390/cells10030530
  50. Wu Y., Ma L., Cai S., Zhuang Z., Zhao Z., Jin S., Xie W., Zhou L., Zhang L., Zhao J., Cui J. // Signal Transduct. Target. Ther. 2021. V. 6. P. 167. https://doi.org/10.1038/s41392-021-00575-7
  51. Tay M.Z., Poh C.M., Rénia L., MacAry P.A., Ng L.F.P. // Nat. Rev. Immunol. 2020. V. 20. P. 363–374. https://doi.org/10.1038/s41577-020-0311-8
  52. Dang M., Song J. // Protein Sci. 2022. V. 31. P. 345–356. https://doi.org/10.1002/pro.4221
  53. Patel A., Malinovska L., Saha S., Wang J., Alberti S., Krishnan Y., Hyman A.A. // Science. 2017. V. 356. P. 753–756. https://doi.org/10.1126/science.aaf6846
  54. Song J. // Protein Sci. 2021. V. 30. P. 1277–1293. https://doi.org/10.1002/pro.4079
  55. Kang J., Lim L., Lu Y., Song J. // PLoS Biol. 2019. V. 17. P. 1–33. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000327
  56. Dinesh D.C., Chalupska D., Silhan J., Koutna E., Nencka R., Veverka V., Boura E. // PLoS Pathog. 2020. V. 16. P. 1–16. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1009100
  57. Zhao D., Xu W., Zhang X., Wang X., Ge Y., Yuan E., Xiong Y., Wu S., Li S., Wu N., Tian T., Feng X., Shu H., Lang P., Li J., Zhu F., Shen X., Li H., Li P., Zeng J. // Protein Cell. 2021. V. 12. P. 734–740. https://doi.org/10.1007/s13238-021-00832-z
  58. Zhao M., Yu Y., Sun L.-M., Xing J.-Q., Li T., Zhu Y., Wang M., Yu Y., Xue W., Xia T., Cai H., Han Q.-Y., Yin X., Li W.-H., Li A.-L., Cui J., Yuan Z., Zhang R., Zhou T., Zhang X.-M., Li T. // Nat. Commun. 2021. V. 12. P. 2114. https://doi.org/10.1038/s41467-021-22297-8
  59. Gorąca A., Huk-Kolega H., Piechota A., Kleniewska P., Ciejka E., Skibska B. // Pharmacol. Rep. 2011. V. 63. P. 849–858. https://doi.org/10.1016/S1734-1140(11)70600-4
  60. Gordon D.E., Jang G.M., Bouhaddou M., Xu J., Obernier K., White K.M., O’Meara M.J., Rezelj V.V., Guo J.Z., Swaney D.L., Tummino T.A., Hüttenhain R., Kaake R.M., Richards A.L., Tutuncuoglu B., Foussard H., Batra J., Haas K., Modak M., Kim M., Haas P., Polacco B.J., Braberg H., Fabius J.M., Eckhardt M., Soucheray M., Bennett M.J., Cakir M., McGregor M.J., Li Q., Meyer B., Roesch F., Vallet T., Mac Kain A., Miorin L., Moreno E., Naing Z.Z.C., Zhou Y., Peng S., Shi Y., Zhang Z., Shen W., Kirby I.T., Melnyk J.E., Chorba J.S., Lou K., Dai S.A., Barrio-Hernandez I., Memon D., Hernandez-Armenta C., Lyu J., Mathy C.J.P., Perica T., Pilla K.B., Ganesan S.J., Saltzberg D.J., Rakesh R., Liu X., Rosenthal S.B., Calviello L., Venkataramanan S., Liboy-Lugo J., Lin Y., Huang X.P., Liu Y., Wankowicz S.A., Bohn M., Safari M., Ugur F.S., Koh C., Savar N.S., Tran Q.D., Shengjuler D., Fletcher S.J., O’Neal M.C., Cai Y., Chang J.C.J., Broadhurst D.J., Klippsten S., Sharp P.P., Wenzell N.A., Kuzuoglu-Ozturk D., Wang H.Y., Trenker R., Young J.M., Cavero D.A., Hiatt J., Roth T.L., Rathore U., Subramanian A., Noack J., Hubert M., Stroud R.M., Frankel A.D., Rosenberg O.S., Verba K.A., Agard D.A., Ott M., Emerman M., Jura N., von Zastrow M., Verdin E., Ashworth A., Schwartz O., d’Enfert C., Mukherjee S., Jacobson M., Malik H.S., Fujimori D.G., Ideker T., Craik C.S., Floor S.N., Fraser J.S., Gross J.D., Sali A., Roth B.L., Ruggero D., Taunton J., Kortemme T., Beltrao P., Vignuzzi M., García-Sastre A., Shokat K.M., Shoichet B.K., Krogan N.J. // Nature. 2020. V. 583. P. 459–468. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2286-9
  61. Wheeler R.J., Lee H.O., Poser I., Pal A., Doeleman T., Kishigami S., Kour S., Anderson E.N., Marrone L., Murthy A.C., Jahnel M., Zhang X., Boczek E., Fritsch A., Fawzi N.L., Sterneckert J., Pandey U., David D.C., Davis B.G., Baldwin A.J., Hermann A., Bickle M., Alberti S., Hyman A.A. // bioRxiv. 2019. https://doi.org/10.1101/721001
  62. Itoh Y., Iida S., Tamura S., Nagashima R., Shiraki K., Goto T., Hibino K., Ide S., Maeshima K. // Life Sci. Alliance. 2021. V. 4. P. e202001005. https://doi.org/10.26508/lsa.202001005
  63. Blount K.F., Zhao F., Hermann T., Tor Y. // J. Am. Chem. Soc. 2005. V. 127. P. 9818–9829. https://doi.org/10.1021/ja050918w
  64. Svetlova J., Knizhnik E., Manuvera V., Severov V., Shirokov D., Grafskaia E., Bobrovsky P., Matyugina E., Khandazhinskaya A., Kozlovskaya L., Miropolskaya N., Aralov A., Khodarovich Y., Tsvetkov V., Kochetkov S., Lazarev V., Varizhuk A. // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. P. 15281. https://doi.org/10.3390/ijms232315281

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2.

Скачать (718KB)
Метаданные
3.

Скачать (974KB)
Метаданные
4.

Скачать (780KB)
Метаданные

© Ю.И. Светлова, Ю.И. Павлова, А.В. Аралов, А.М. Варижук, 2023