Luglio 20, 2015

I risultati forniscono un nuovo potenziale bersaglio per interferire con il ciclo di vita virale

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

Tutti i virus hanno gusci di resistenza industriale che circondano e proteggono il materiale genetico all’interno, permettendo alle particelle virali di rimanere stabili, infettive e capaci di diffondersi. Il biofisico della Carnegie Mellon University Alex Evilevitch e colleghi hanno ora identificato il tallone d’Achille di quel duro guscio.

Pubblicato nel Journal of Virology, la principale rivista del settore, i risultati individuano la parte più debole del guscio virale e forniscono un nuovo potenziale obiettivo per interferire con il ciclo di vita virale e per sviluppare veicoli stabili di consegna della terapia genica.

Virus come l’Herpes Simplex 1 e Phage Lambda hanno un duro guscio esterno (grigio) che racchiude e protegge il DNA virale (verde). Alex Evilevitch e colleghi hanno ora identificato il tallone d’Achille di quel duro guscio, il portale virale (rosso). Le immagini qui sopra sono ricostruzioni Cryo EM; lo schema del portale è sovrapposto.

Il guscio esterno, chiamato capside, racchiude il materiale genetico di un virus. Virus come l’Herpes Simplex virus tipo 1 (HSV-1) contengono DNA a doppio filamento, i cui lunghi filamenti sono strettamente imballati ed esercitano una tremenda quantità di pressione, che raggiunge decine di atmosfere, sulla parete interna del capside. Nel lavoro precedente, Evilevitch ha misurato per la prima volta questa pressione in HSV-1; ha anche dimostrato che è questa pressione che spinge il DNA fuori da un piccolo portale nel capside del virus e in una cellula ospite.

Con la sua ultima ricerca, Evilevitch e lo studente laureato in fisica David Bauer rivelano che il portale è più che un semplice condotto per il DNA. È anche la parte strutturale più debole del capside.

“La cosa più eccitante qui è che abbiamo dimostrato, per la prima volta, come la pressione del DNA influisce sulla stabilità del portale, che alla fine determina la stabilità del virus nel tempo a qualsiasi temperatura”, ha detto Evilevitch, professore associato di fisica e membro del CMU Center for the Mechanics and Engineering of Cellular Systems.

Il portale è una componente critica dei capidi virali. Composto da diverse proteine, il complesso del portale impacchetta attivamente il DNA durante l’assemblaggio virale, rilascia il DNA durante l’infezione e, come rivela la nuova ricerca, è la chiave per mantenere il delicato equilibrio del capside nell’essere abbastanza stabile da trattenere il genoma mentre è abbastanza instabile da permettere un efficiente rilascio del genoma durante l’infezione.

“Esperimenti precedenti hanno studiato il ruolo della pressione interna sull’integrità strutturale dei capidi virali,” ha detto Evilevitch. “Qui forniamo la prima prova sperimentale che è la forza meccanica del complesso portale stesso che determina la stabilità del virus per quanto riguarda la ritenzione del genoma.”

“La cosa più eccitante qui è che abbiamo dimostrato, per la prima volta, come la pressione del DNA influenza la stabilità del portale, che in definitiva determina la stabilità del virus nel tempo a qualsiasi temperatura.” – Alex Evilevitch

Per questo studio, Evilevitch e il suo team hanno esaminato la stabilità del complesso portale in tre diversi virus – due virus che infettano i batteri (Lambda e P22) e uno che infetta le cellule umane (HSV-1). Tutti e tre i virus contengono DNA a doppio filamento che esercita una pressione sulla parete del capside.

Utilizzando un nuovo saggio di microcalorimetria a scansione differenziale che hanno sviluppato, i ricercatori hanno riscaldato i campioni di virus e rilevato la temperatura alla quale il portale si apre per rilasciare il DNA. Quella temperatura riflette la stabilità meccanica del portale.

Per ogni tipo di virus studiato, i ricercatori hanno creato ceppi mutanti di quel virus variando la lunghezza del DNA impacchettato all’interno, creando così mutanti con diverse pressioni interne. I risultati dei test hanno rivelato che i mutanti con più DNA impacchettato e quindi più pressione, hanno rilasciato il loro DNA attraverso il portale a una temperatura inferiore. Questa scoperta suggerisce che la forza meccanica del genoma che spinge contro il portale del virus lo destabilizza e lo rende incline a rompersi.

Inoltre, il team di ricerca ha confrontato la temperatura di rilascio del DNA per i tre diversi tipi di virus. I risultati hanno rivelato un aumento della stabilità del portale per i virus che hanno genomi più lunghi e quindi hanno pressioni più elevate all’interno.

“I nostri risultati suggeriscono che il complesso del portale si è evoluto per resistere alla forza verso l’esterno del genoma impacchettato in equilibrio con il requisito del rilascio efficiente del DNA durante l’infezione”, ha detto Evilevitch. “L’ulteriore comprensione di questo equilibrio tra pressione interna e stabilità del portale offre nuove intuizioni per interferire con la replicazione virale, così come la progettazione di vettori virali per la terapia genica che possono trattenere stabilmente l’acido nucleico straniero.”

Oltre a Evilevitch e Bauer, i ricercatori coinvolti nel progetto includono: Dong Li della CMU; Fred Homa e Jamie Huffman della University of Pittsburgh School of Medicine; Kasandra Wilson, Justin Leavitt e Sherwood Casjens della University of Utah School of Medicine; e Joel Baines della Louisiana State University School of Veterinary Medicine.

Questa ricerca è stata finanziata dal Consiglio di ricerca svedese e dalla National Science Foundation (CHE-1152770 a AE) con un ulteriore supporto dalle sovvenzioni del Public Health Service e una borsa di formazione del National Institutes of Health.