I ricercatori hanno utilizzato “pinzette ottiche” alimentate dal laser per rivelare un meccanismo motore universale utilizzato dai virus per impacchettare il loro DNA in particelle infettive.
La ricerca, pubblicata come Reviewed Preprint in eLife, è descritto dagli editori come uno studio fondamentale che potrebbe cambiare il paradigma per la nostra comprensione di come funzionano i motori del DNA virale e dei ruoli precisi delle singole proteine nel complesso motorio. Aggiungono che gli esperimenti forniscono prove convincenti per le conclusioni dello studio.
Molti virus, compresi quelli che colpiscono gli esseri umani come l’herpesvirus, utilizzano minuscoli motori alimentati da una molecola chiamata ATP per impacchettare il loro materiale genetico in gusci preassemblati chiamati procapsidi. Comprendere come funzionano questi motori non è importante solo per la progettazione di farmaci antivirali, ma fa anche luce sui meccanismi biomotori generali che si applicano ad altri tipi di motori all’interno delle cellule. Le pinzette ottiche sono un metodo in cui i laser vengono utilizzati per trattenere e spostare particelle submicroscopiche. Sono state sviluppate per la prima volta da Arthur Ashkin, che in seguito ha vinto il Premio Nobel per la fisica per l’innovazione nel 2018. Queste pinzette hanno consentito studi più dettagliati sui motori del DNA, compreso il ruolo degli enzimi componenti chiave chiamati terminazioni. Tuttavia, resta ancora molto da capire sulla natura delle interazioni motore-DNA, ad esempio il modo in cui i motori afferrano il DNA e cosa causa la pausa o lo slittamento del motore.
“Gli studi hanno suggerito che il legame dell’ATP fa sì che i motori del DNA si aggrappino al DNA, e la scomposizione dell’ATP in ADP ne consente il rilascio”, afferma il primo autore Brandon Rawson, uno studente del Dipartimento di Fisica dell’Università della California a San Diego, USA. . “Per sondare questa interazione in modo più dettagliato, abbiamo precedentemente sviluppato un metodo di pinzette ottiche modificato per studiare il motore di un virus batterico chiamato fago T4, che contiene una proteina motrice chiamata TerL, e abbiamo dimostrato che l’ATP non solo innesca TerL per afferrare il DNA, ma controlla anche l’attrito tra il motore e il DNA durante lo scivolamento. In questo studio, abbiamo esteso questo studio per esaminare un complesso motorio contenente TerL più una proteina componente meno compresa TerS, per capire come lavorano insieme per controllare l’impacchettamento del genoma virale.”
Il team ha studiato il motore di confezionamento del genoma contenente sia TerL che TerS da un virus batterico chiamato fago lambda, che utilizza un processo di confezionamento simile a quello dell’herpesvirus umano. Quando questi virus si replicano, producono più copie collegate del loro genoma, che poi devono essere separate e ciascun genoma confezionato separatamente. Un modo in cui i virus fanno questo è chiamato confezionamento del genoma di “lunghezza unitaria”. In breve, la subunità TerS avvia il confezionamento quando incontra un sito specifico chiamato cos nel genoma. TerL quindi taglia il genoma e guida l’imballaggio (traslocazione del DNA) nel guscio del procapside fino a un altro cos sito viene incontrato. A questo punto il motore si ferma e TerL taglia il DNA per liberare la particella impacchettata. Sebbene il ruolo di TerL sia noto nella fase di traslocazione e terminazione, era meno chiaro se TerS avesse avuto un ruolo durante la traslocazione.
Studiando sia TerL che TerS come motore funzionante nello stesso esperimento, il team ha notato che in presenza sia di TerS che di TerL, c’era una presa del DNA molto più frequente e un elevato attrito motore-DNA anche quando non era disponibile ATP. Ciò non è stato osservato negli esperimenti precedenti quando è presente solo TerL. Quando venivano aggiunti ATP o ADP, ciò aumentava ulteriormente la presa e l’attrito, indicando due meccanismi di interazione motore-DNA: nucleotide-dipendente e nucleotide-indipendente. La presa del DNA era più forte quando l’ATP era legato al motore, più debole quando era attaccato l’ADP e più debole senza alcun legame nucleotidico.
In studi precedenti con il fago T4, il team aveva anche scoperto un “morsetto terminale” del DNA che impedisce all’intera molecola di DNA di scivolare all’indietro fuori dal procapside durante l’imballaggio. In questo studio, hanno scoperto che il fago lambda condivide questo meccanismo. Se il DNA scivola al punto da cadere completamente, viene catturato per l’estremità e gli viene impedito di staccarsi dal procapside, anche se non è presente ATP.
“I nostri studi attuali, basati su studi di virus che utilizzano diversi meccanismi di confezionamento, rivelano caratteristiche universali dei motori terminasi e suggeriscono un ruolo per la subunità conservata TerS durante il confezionamento del DNA”, afferma l’autore senior Douglas Smith, professore di fisica dell’UC San Diego . “Questi risultati supportano un meccanismo universale conservato per la funzione motoria terminasi, trasmesso dalla proteina TerL, ma evidenziano anche una differenza chiave tra i sistemi: una presa del DNA molto più frequente nei motori contenenti TerS, che suggerisce che TerS funzioni come un morsetto scorrevole. Il meccanismo separato del morsetto finale aumenta anche l’efficienza dell’imballaggio ed è probabilmente equivalente al complesso formato all’inizio dell’imballaggio, il che implica che il nostro metodo potrebbe fornire una strada per esplorare i fattori che influenzano la stabilità di questo complesso”.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
