Žmogaus norovirusas, teigiamos grandinės RNR virusas, kuris yra pagrindinė virusinio gastroenterito priežastis, dėl kurios per metus pasaulyje miršta apie 685 milijonai atvejų ir maždaug 212 000 mirčių, nėra patvirtintų vakcinų ar antivirusinių vaistų.
Bailoro medicinos koledžo ir Teksaso universiteto mokslininkai, MD Andersono vėžio centras, atveria kelią geresniam vaistų gydymui. Mokslo pažanga žmogaus noroviruso replikacijos centrų atradimas, dėl kurio būtų galima sukurti antivirusinius vaistus, skirtus šioms infekcijoms išvengti, kontroliuoti ar gydyti.
„Kai virusai užkrečia ląsteles, jie paprastai sukuria specializuotus skyrius – replikacijos gamyklas, kur formuoja naujus virusus, kurie užkrečia daugiau ligą sukeliančių ląstelių“, – sakė pirmasis autorius dr. Soni Kaundal, Vernos ir Marrso McLeano biochemijos ir molekulinės katedros docentas. Farmakologija „Baylor“ Dr. BV Venkataram Prasad, atitinkamo darbo autoriaus, laboratorijoje.
„Tačiau mažai žinoma apie noroviruso replikacijos gamyklas.”
Vis daugiau įrodymų rodo, kad kai kurios replikacijos gamyklos paprastai nėra atskirtos nuo aplinkos membrana. Vietoj to, tai yra biomolekuliniai kondensatai, struktūros, panašios į burbulą, susidarantį atskiriant skysčio ir skysčio fazes. Šiuose kondensatuose selektyviai įeina baltymai ir kitos medžiagos, reikalingos viruso replikacijai.
Į skysčius panašūs kondensatai, kaip replikacijos gamyklos, buvo plačiai ištirti kituose virusuose, įskaitant pasiutligės ir tymų virusus. Šiame tyrime mokslininkai ištyrė, ar norovirusas formuoja biomolekulinius kondensatus, kurie tarnauja kaip replikacijos centrai.
„Mes žinojome, kad šiuos kondensatus dažnai inicijuoja vienas virusinis baltymas, galintis surišti genetinę medžiagą, turintis lanksčią sritį ir formuojantis oligomerus, molekules, sudarytas iš nedidelio skaičiaus pasikartojančių vienetų”, – sakė Kaundalas.
Grupė pradėjo savo tyrimą taikydama bioinformatinę analizę, kad nustatytų noroviruso baltymus, kurie turėtų charakteristikas, kurios greičiausiai lemia skystų kondensatų susidarymą.
„Dirbdami su žmogaus noroviruso pandemijos štamu GII.4, kuris sukelia daugumą gastroenterito atvejų visame pasaulyje, nustatėme, kad nuo RNR priklausoma RNR polimerazė turi didžiausią polinkį formuoti biomolekulinius kondensatus“, – sakė Kaundal.
„Šis baltymas turi lanksčią sritį, gali sudaryti oligomerus, jungiasi su RNR, noroviruso genetine medžiaga ir atlieka esminį vaidmenį viruso replikacijos metu, kurdamas viruso RNR kopijas. Visos šios savybės paskatino mus eksperimentiškai patikrinti, ar GII.4 RNR polimerazė skatina biomolekulinių kondensatų, skatinančių viruso replikaciją, susidarymą.
„Mūsų eksperimentiniai tyrimai rodo, kad GII.4 RNR polimerazė iš tikrųjų formuoja labai dinamiškus į skystį panašius kondensatus fiziologiškai svarbiomis sąlygomis laboratorijoje ir kad lankstus šio baltymo regionas yra labai svarbus šiam procesui“, – sakė Prasadas, molekulinės virusologijos ir mikrobiologijos profesorius. ir Alvin Romansky Biochemijos katedra Baylor.
Prasadas taip pat yra Baylor’s Dan L Duncan Comprehensive Cancer Center narys. „Be to, kondensatai yra labai dinamiškos struktūros: kelios gali susilieti, sudarydamos didesnę struktūrą arba dalytis į mažesnes; jie taip pat juda ląstelės viduje, keisdami medžiagas su aplinka.”
Toliau mokslininkai ištyrė, ar šie į skystį panašūs kondensatai taip pat susidaro žmogaus norovirusu užkrėstose žmogaus žarnyno ląstelėse.
Iki šiol buvo sunku ištirti, kaip norovirusas replikuojasi ląstelėse, nes mokslininkams trūko veiksmingos biologinės sistemos, kurioje būtų galima auginti virusą laboratorijoje. Tačiau 2016 m. Dr. Mary Estes laboratorijai Baylor ir jo kolegoms pavyko išauginti žmogaus noroviruso padermes žmogaus žarnyno enteroidinėse kultūrose.
Taip pat žinomos kaip mažosios žarnos, šios kultūros yra laboratorinis žmogaus virškinimo trakto modelis, kuris apibendrina jo ląstelių sudėtingumą, įvairovę ir fiziologiją. Žmogaus enteroidai imituoja padermei būdingus šeimininko-viruso infekcijos modelius, todėl jie yra ideali sistema žmogaus norovirusinei infekcijai išskaidyti, kaip ir dabartiniame tyrime, siekiant nustatyti specifinius augimo reikalavimus ir sukurti bei išbandyti gydymo būdus ir vakcinas.
„Mes parodėme, kad į skystį panašūs kondensatai susidaro žmogaus norovirusu užkrėstose žmogaus žarnyno enteroidinėse kultūrose, taip pat laboratorijoje auginamoje žmogaus ląstelių linijoje HEK293T. Siūlome, kad šie kondensatai būtų žmogaus noroviruso replikacijos centrai, elegantiškas sprendimas mįslingas klausimas, kaip ribosomų padedamas viruso genomo vertimas yra atskiriamas nuo jo replikacijos viruso polimerazės teigiamos grandinės RNR virusai“, – sakė Prasadas.
„Mūsų bioinformatinė analizė taip pat parodė, kad beveik visų norovirusų padermių RNR polimerazės turi didelį polinkį formuoti šias replikacijos gamyklas, o tai rodo, kad tai gali būti įprastas daugelio norovirusų reiškinys.
„Tai puikus dokumentas, ir aš džiaugiausi, kad galėjome patvirtinti virusu užkrėstų ląstelių atradimus, naudodami mūsų žmogaus žarnyno enteroidų kultivavimo sistemą žmogaus norovirusui“, – sakė Estesas, nusipelnęs profesorius ir Culleno fondo apdovanotas molekulinės virusologijos ir mikrobiologijos katedros katedra. Bayloras.
Estesas taip pat yra Teksaso medicinos centro virškinimo ligų centro virškinimo trakto eksperimentinių modelių sistemų pagrindinis direktorius ir Baylor’s Dan L Duncan Comprehensive Cancer Center narys.
Išvados ne tik suteikia naujų įžvalgų apie žmogaus noroviruso replikaciją, bet ir atveria naujus tikslus kuriant antivirusinius vaistus nuo žmogaus norovirusinių infekcijų, kurios išlieka rimta grėsmė vaikams ir pacientams, kurių imunitetas nusilpęs.
Kiti prisidėjo prie šio darbo: Ramakrishnan Anish, B. Vijayalakshmi Ayyar, Sreejesh Shanker, Gundeep Kaur, Sue E. Crawford, Jeroen Pollet ir Fabio Stossi.