Las ‘pinzas’ accionadas por láser revelan un mecanismo universal

Los investigadores han utilizado «pinzas ópticas» impulsadas por láser para revelar un mecanismo motor universal que los virus utilizan para empaquetar su ADN en partículas infecciosas.

Investigación publicada como preimpresión revisada por pares en eVida, los editores describen como un estudio fundamental que cambia el paradigma para nuestra comprensión de cómo funcionan los motores del ADN viral y las funciones precisas de las proteínas individuales en el complejo motor. Añaden que los experimentos proporcionan pruebas sólidas de las conclusiones del estudio.

Muchos virus, como el herpesvirus que afecta a los humanos, utilizan pequeños motores impulsados ​​por una molécula llamada ATP para empaquetar su material genético en capas preensambladas llamadas procápsides. Comprender cómo funcionan estos motores arrojará luz no sólo sobre el diseño de fármacos antivirales, sino también sobre los mecanismos biomotores generales que se aplican a otros tipos de motores en las células. Las pinzas ópticas son un método que utiliza láseres para sujetar y mover partículas submicrónicas. Fueron desarrollados por primera vez por Arthur Ashkin, quien luego ganó el Premio Nobel de Física en 2018 por la innovación. Estas pinzas han permitido estudios más detallados de los motores del ADN, incluido el papel de las enzimas componentes clave llamadas terminasa. Sin embargo, queda mucho por entender sobre la naturaleza de las interacciones entre el motor y el ADN, como por ejemplo cómo los motores mantienen unido el ADN y qué causa la pausa o el deslizamiento del motor.

«Los estudios han demostrado que la unión del ATP a los motores del ADN conduce a la retención del ADN, y la descomposición del ATP en ADP permite su liberación», dice el primer autor Brandon Rawson, estudiante del Departamento de Física de la Universidad de California, San Diego, EE.UU. . . «Para investigar esta interacción con más detalle, previamente desarrollamos un método de pinzas ópticas modificado para estudiar el motor de un virus bacteriano llamado fago T4, que contiene una proteína motora llamada TerL, y demostramos que el ATP no solo estimula a TerL para que se adhiera al ADN, pero que el motor y el ADN también se unen durante el deslizamiento. En este estudio, ampliamos esto para observar el complejo motor, que incluye TerL junto con la proteína componente poco entendida TerS, para comprender cómo trabajan juntos para regular el empaquetado del genoma del virus.

El equipo estudió el motor de empaquetado del genoma, que contiene TerL y TerS, de un virus bacteriano llamado fago lambda, que utiliza el mismo proceso de empaquetado que el virus del herpes humano. Cuando estos virus se replican, producen múltiples copias enlazadas de su genoma, que luego deben separarse y cada genoma empaquetarse por separado. Una forma en que los virus hacen esto se denomina empaquetamiento del genoma de «longitud unitaria». Brevemente, la subunidad TerS inicia el empaquetado cuando encuentra un sitio específico porque en el genoma. Luego, TerL escinde el genoma e impulsa el empaquetado (translocación de ADN) hacia la capa de la procápsida. porque Se encuentra el sitio. En este punto, el motor se detiene y TerL corta el ADN para liberar la partícula empaquetada. Aunque se conoce el papel de TerL en la translocación y terminación, está menos claro si TerS desempeña un papel durante la translocación.

Al estudiar TerL y TerS como motores en funcionamiento en el mismo experimento, el equipo observó una unión más frecuente al ADN y más colisiones motor-ADN en presencia de TerS y TerL, incluso cuando no había ATP disponible. Esto no se observó en experimentos anteriores cuando solo estaba presente TerL. Cuando se añadió ATP o ADP, esto aumentó aún más el agarre y la fricción, lo que indica dos mecanismos de interacción motor-ADN: dependiente de nucleótidos e independiente de nucleótidos. La unión al ADN fue más fuerte cuando el ATP estaba unido al motor, más débil cuando el ADP estaba unido y más débil sin la unión de nucleótidos.

En estudios anteriores con el fago T4, el equipo también descubrió una «pinza final» del ADN que evita que toda la molécula de ADN se deslice hacia afuera de la procápside durante el empaquetamiento. En este estudio, encontraron que el fago lambda comparte este mecanismo. Si el ADN se desliza hasta el punto de desprenderse por completo, incluso en ausencia de ATP, queda atrapado por sus extremos y se le impide disociarse de la procápside.

«Nuestros estudios actuales, basados ​​en estudios de virus que utilizan diferentes mecanismos de empaquetado, revelan características universales de los motores de terminasa y sugieren un papel para la subunidad TerS conservada durante el empaquetado del ADN», dijo el autor principal Douglas Smith, profesor de física de UC San Diego. «Estos hallazgos respaldan un mecanismo universal conservado para la función motora terminal, mediada por la proteína TerL, pero también resaltan una diferencia clave entre los sistemas: la unión más frecuente al ADN en los motores que contienen TerS, lo que sugiere que TerS funciona como una abrazadera deslizante. El mecanismo de sujeción final separado aumenta la eficiencia del empaque y al inicio del empaque. «igual al complejo formado, lo que indica que nuestro método proporciona una manera de explorar los factores que afectan la estabilidad de este complejo.

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