Structural and functional study of viral RNA polymerases

Abstract

Virové RNA dependentní RNA polymerázy (RdRp) jsou enzymy nezbytné pro množení RNA virů. Obecná funkce RdRp je pro všechny RNA viry stejná: RdRp rozpozná virovou RNA, nasedne na ni a syntetizuje komplementární řetězec RNA. Série těchto kroků je pro virovou infekci naprosto nepostradatelná. Je důležité si uvědomit, že neinfikovaná buňka RNA nereplikuje. Hostitelská buňka přirozeně neexprimuje žádné RdRp. Pro můj výzkum jsem si vybrala RdRp, protože jsou nezbytné pro virovou replicakci a tudíž excelentní cíl pro virovou terapii. V této studii jsou do hloubky charakterizovány polymerázy z rodiny picornavirů a flavivirů. Picornavirová replikace je lokalizovaná ve viry indukovaných, membránových strukturách, které nazýváme replikační organely (RO). V těchto RO je virová polymeráza lokalizovaná na membráně. Nalezli jsme podmínky, ve kterých se polymeráza váže na membránu. Následně byla studována aktivace picornavirových polymeráz, která je indukována inzercí první aminokyseliny do středu proteinu. V této studii jsou rovněž diskutovány RdRp z rodiny flavivirů, konkrétně z viru žluté zimnice (YFV) a Zika viru (ZIKV). Studie prezentuje první strukturu polymerázy z YFV (v plné délce) a model ZIKV polymerázy v komplexu s RNA. Model ZIKV poskytuje strukturní informaci o aktivním místě potřebnou k "dockingu" ligandů.

Viral RNA-dependent RNA polymerases (RdRps) are enzymes essential for viral multiplication. The general function of RdRp is universal for all RNA viruses: to recognise viral RNA, bind it and synthesize the complementary RNA strand. This series of steps is absolutely crucial for viral infection. It is important to mention that the non-infected cell is incapable of replicating any RNA. The host cell thus does not naturally express any RdRps. I chose RdRps for my research because these enzymes are key to viral replication and thus an excellent target for antivirals. This study characterises polymerases from ​Picornaviridae and Flaviviridae families, in depth. Picornaviral replication takes place in viral-induced membrane structures called Replication Organelles (ROs), where the polymerase is localised to the membrane. In this study, we investigated the recruitment of picornaviral polymerase membrane. Subsequently, we focused on the activation of picornaviral RdRp induced by the insertion of the very first residue into the protein core. Next, we focused on the flaviviral RdRps specifically from yellow fever virus (YFV) and Zika virus (ZIKV). This study reports the first structure of a full length YFV polymerase and a model of ZIKV polymerase in complex with RNA. The model of ZIKV RdRp in complex with...