Július 20, 2015

Findings Provide Potential New Target To Interferere With Viral Life Cycle

By Jocelyn Duffy / 412-268-9982 / [email protected]

Minden vírusnak ipari szilárdságú burka van, amely körülveszi és védi a benne lévő genetikai anyagot, így a vírusrészecskék stabilak, fertőzőek és képesek a terjedésre. A Carnegie Mellon Egyetem biofizikusa, Alex Evilevitch és munkatársai most azonosították ennek a kemény buroknak az Achilles-sarkát.

A Journal of Virologyban, a szakterület vezető folyóiratában megjelent eredmények pontosan meghatározzák a vírusburok leggyengébb részét, és egy lehetséges új célpontot jelentenek a vírus életciklusába való beavatkozáshoz és a stabil génterápiás hordozók kifejlesztéséhez.

A vírusoknak, mint a Herpes Simplex 1 és a Phage Lambda, kemény külső héjuk van (szürke), amely körülveszi és védi a vírus DNS-ét (zöld). Alex Evilevitch és munkatársai most azonosították ennek a kemény héjnak az Achilles-sarkát, a vírusportált (piros). A fenti képek Cryo EM rekonstrukciók; a portál vázlata egymásra van helyezve.

A kapszidnak nevezett külső héj a vírus genetikai anyagát burkolja. Az olyan vírusok, mint az 1-es típusú Herpes Simplex vírus (HSV-1), kettős szálú DNS-t tartalmaznak, amelynek hosszú szálai szorosan össze vannak csomagolva, és óriási, több tíz atmoszférát elérő nyomást gyakorolnak a belső kapszidfalra. Evilevitch korábbi munkáiban először mérte meg ezt a nyomást a HSV-1-ben; azt is kimutatta, hogy ez a nyomás az, amely a DNS-t a vírus kapszidjában lévő kis átjáróból a gazdasejtbe hajtja.

A legújabb kutatásával Evilevitch és David Bauer végzős fizikushallgató kimutatta, hogy az átjáró több, mint egy egyszerű csatorna a DNS számára. A kapszid leggyengébb szerkezeti része is.

“A legizgalmasabb az, hogy most először mutattuk meg, hogyan befolyásolja a DNS nyomása a portál stabilitását, ami végső soron meghatározza a vírus stabilitását bármilyen hőmérsékleten” – mondta Evilevitch, a fizika docense, a CMU Sejtes rendszerek mechanikai és mérnöki központjának tagja.

A portál a víruskapszidok kritikus eleme. A több különböző fehérjéből álló portál komplex aktívan csomagolja a DNS-t a vírus összeszerelése során, a fertőzés során felszabadítja a DNS-t, és ahogy az új kutatás feltárja, kulcsfontosságú a kapszid kényes egyensúlyának fenntartásában: elég stabil a genom megtartásához, ugyanakkor elég instabil a genom hatékony felszabadításához a fertőzés során.

“Korábbi kísérletek vizsgálták a belső nyomás szerepét a víruskapszidok szerkezeti integritásában” – mondta Evilevitch. “Itt szolgáltatjuk az első kísérleti bizonyítékot arra, hogy magának a portálkomplexnek a mechanikai szilárdsága határozza meg a vírus stabilitását a genom megtartása szempontjából.”

“A legizgalmasabb dolog itt az, hogy először mutattuk meg, hogyan befolyásolja a DNS-nyomás a portál stabilitását, ami végső soron meghatározza a vírus stabilitását az idő múlásával, bármilyen hőmérsékleten.”” – Alex Evilevitch

Ezért a tanulmányért Evilevitch és csapata három különböző, vírus – két baktériumokat fertőző vírus (Lambda és P22) és egy emberi sejteket fertőző (HSV-1) – portálkomplex stabilitását vizsgálta. Mindhárom vírus kettős szálú DNS-t tartalmaz, amely nyomást gyakorol a kapszidfalra.

A kutatók egy általuk kifejlesztett új, differenciális pásztázó mikrokalorimetriás vizsgálat segítségével felmelegítették a vírusmintákat, és kimutatták azt a hőmérsékletet, amelyen a portál kinyílik, hogy a DNS-t felszabadítsa. Ez a hőmérséklet tükrözi a portál mechanikai stabilitását.

A kutatók minden egyes vizsgált vírustípus esetében mutáns törzseket hoztak létre az adott vírusból a csomagolt DNS hosszának változtatásával, így különböző belső nyomással rendelkező mutánsokat hoztak létre. A vizsgálatok eredményei azt mutatták, hogy a több csomagolt DNS-sel és ezáltal nagyobb nyomással rendelkező mutánsok alacsonyabb hőmérsékleten engedték ki a DNS-üket a portálon keresztül. Ez a megállapítás arra utal, hogy a vírus portáljához nyomódó genom mechanikai ereje destabilizálja a vírust, és hajlamossá teszi a feltörésre.

A kutatócsoport emellett összehasonlította a három különböző vírustípus DNS-kibocsátásának hőmérsékletét. Az eredmények a portál stabilitásának növekedését mutatták ki azon vírusok esetében, amelyeknek hosszabb a genomjuk, és ezért nagyobb a nyomás a belsejükben.

“Eredményeink arra utalnak, hogy a portálkomplexum úgy fejlődött ki, hogy ellenálljon a csomagolt genom kifelé irányuló erejének, amely egyensúlyban van a fertőzés során történő hatékony DNS-felszabadítás követelményével” – mondta Evilevitch. “A belső nyomás és a portál stabilitása közötti egyensúly további megértése új ismereteket nyújt a vírusreplikáció megzavarásához, valamint olyan génterápiás vírusvektorok tervezéséhez, amelyek stabilan képesek megtartani az idegen nukleinsavat.”

A projektben Evilevitch és Bauer mellett a kutatók között szerepelnek még: dr: A CMU munkatársa Dong Li, a Pittsburghi Egyetem orvosi karának munkatársai Fred Homa és Jamie Huffman, a Utah-i Egyetem orvosi karának munkatársai Kasandra Wilson, Justin Leavitt és Sherwood Casjens, valamint a Louisiana Állami Egyetem Állatorvosi Karának munkatársa Joel Baines.

Ezt a kutatást a Svéd Kutatási Tanács és a Nemzeti Tudományos Alapítvány (CHE-1152770 az AE-nek) finanszírozta, további támogatást nyújtott a Közegészségügyi Szolgálat ösztöndíjai és a National Institutes of Health képzési ösztöndíja.