Julho 20, 2015

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Findings Provide Potential New Target To Interfere With Viral Life Cycle

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

Todos os vírus têm conchas de resistência industrial que circundam e protegem o material genético dentro, permitindo que as partículas virais permaneçam estáveis, infecciosas e capazes de se espalhar. O biofísico da Universidade Carnegie Mellon Alex Evilevitch e seus colegas identificaram o calcanhar de Aquiles da casca dura.

Publicado no Journal of Virology, o principal periódico da área, as descobertas apontam a parte mais fraca da casca viral e fornecem um novo alvo potencial para interferir no ciclo de vida viral e para desenvolver veículos estáveis de fornecimento de terapia genética.

Vírus como o Herpes Simplex 1 e Phage Lambda têm conchas externas resistentes (cinza) que encapsulam e protegem o DNA viral (verde). Alex Evilevitch e colegas identificaram agora o calcanhar de Aquiles da concha dura, o portal viral (vermelho). As imagens acima são reconstruções do Cryo EM; o esquema do portal é sobreposto.

A casca externa, chamada de capsid, encerra o material genético de um vírus. Vírus como o vírus Herpes Simplex tipo 1 (HSV-1) contêm DNA de dupla cadeia, cujos longos filamentos são bem embalados e exercem uma tremenda pressão, atingindo dezenas de atmosferas, na parede interna da cápside. Em trabalhos anteriores, Evilevitch mediu pela primeira vez essa pressão no HSV-1; ele também mostrou que é essa pressão que impulsiona o DNA para fora de um pequeno portal no capsido do vírus e para uma célula hospedeira.

Com sua mais recente pesquisa, Evilevitch e o estudante de física David Bauer revelam que o portal é mais do que apenas um conduto para o DNA. É também a parte estrutural mais fraca do capsid.

“O mais emocionante aqui é que mostramos, pela primeira vez, como a pressão do DNA afeta a estabilidade do portal, o que acaba por determinar a estabilidade do vírus ao longo do tempo a qualquer temperatura”, disse Evilevitch, professor associado de física e membro do Centro de Mecânica e Engenharia de Sistemas Celulares da CMU.

O portal é um componente crítico dos capsids virais. Composto de várias proteínas diferentes, o complexo portal embala ativamente DNA durante a montagem viral, libera DNA durante a infecção e, como a nova pesquisa revela, é fundamental para manter o delicado equilíbrio do capsids de ser estável o suficiente para reter o genoma enquanto é instável o suficiente para permitir a liberação eficiente do genoma durante a infecção.

“Experimentos anteriores investigaram o papel da pressão interna na integridade estrutural dos capsids virais”, disse Evilevitch. “Aqui fornecemos a primeira evidência experimental de que é a força mecânica do próprio complexo portal que determina a estabilidade do vírus em relação à retenção do genoma”

“O mais excitante aqui é que mostramos, pela primeira vez, como a pressão do DNA afeta a estabilidade do portal, o que acaba por determinar a estabilidade do vírus ao longo do tempo a qualquer temperatura”. – Alex Evilevitch

Para este estudo, Evilevitch e sua equipe analisaram a estabilidade do complexo portal em três vírus diferentes – dois vírus que infectam bactérias (Lambda e P22) e um que infecta células humanas (HSV-1). Todos os três vírus contêm DNA de cadeia dupla que exerce pressão sobre a parede da cápsula.

Usando um novo ensaio de microcalorimetria diferencial de varredura que desenvolveram, os pesquisadores aqueceram as amostras de vírus e detectaram a temperatura em que o portal se abre para liberar o DNA. Essa temperatura reflete a estabilidade mecânica do portal.

Para cada tipo de vírus estudado, os pesquisadores criaram estirpes mutantes desse vírus, variando o comprimento do DNA embalado dentro dele, criando assim mutantes com diferentes pressões internas. Os resultados dos ensaios revelaram que mutantes com mais DNA empacotado e, portanto, mais pressão, liberavam seu DNA através do portal a uma temperatura mais baixa. Esta descoberta sugere que a força mecânica do genoma empurrando contra o portal do vírus está desestabilizando-o e tornando-o propenso a se abrir.

Adicionalmente, a equipe de pesquisa comparou a temperatura da liberação de DNA para os três diferentes tipos de vírus. Os resultados revelaram um aumento na estabilidade do portal para vírus que têm genomas mais longos e, portanto, têm maiores pressões dentro.

“Nossos resultados sugerem que o complexo portal evoluiu para suportar a força externa do genoma empacotado contra a exigência de liberação eficiente de DNA durante a infecção”, disse Evilevitch. “Uma maior compreensão deste equilíbrio entre pressão interna e estabilidade do portal oferece novos conhecimentos para interferir com a replicação viral, bem como projetar vetores virais para terapia gênica que possam reter de forma estável o ácido nucléico estranho”

Além de Evilevitch e Bauer, os pesquisadores envolvidos com o projeto incluem: Dong Li da CMU; Fred Homa e Jamie Huffman da Escola de Medicina da Universidade de Pittsburgh; Kasandra Wilson da Escola de Medicina da Universidade de Utah, Justin Leavitt e Sherwood Casjens; e Joel Baines da Escola de Medicina Veterinária da Universidade Estadual de Louisiana.

Esta pesquisa foi financiada pelo Conselho Sueco de Pesquisa e pela Fundação Nacional de Ciência (CHE-1152770 a AE) com apoio adicional das bolsas do Serviço de Saúde Pública e uma bolsa de formação dos Institutos Nacionais de Saúde.