Il norovirus umano, un virus RNA a filamento positivo che è la principale causa di gastroenterite virale che conta circa 685 milioni di casi e circa 212.000 decessi a livello globale all’anno, non ha vaccini o antivirali approvati. Aprendo la strada a terapie farmacologiche migliorate, i ricercatori del Baylor College of Medicine e dell’Università del Texas, riferiscono il MD Anderson Cancer Center Progressi della scienza la scoperta di centri di replicazione per il norovirus umano, che potrebbero portare alla progettazione di farmaci antivirali per prevenire, controllare o curare queste infezioni.
“Quando i virus infettano le cellule, di solito creano compartimenti specializzati – fabbriche di replicazione – dove formano nuovi virus che infettano più cellule causando la malattia”, ha affermato il primo autore, il dottor Soni Kaundal, associato post-dottorato presso il Dipartimento di Biochimica di Verna e Marrs McLean. e Farmacologia Molecolare al Baylor nel laboratorio del Dr. BV Venkataram Prasad, autore corrispondente del lavoro. “Tuttavia, si sa poco sulle fabbriche di replicazione del norovirus.
Prove crescenti mostrano che alcune fabbriche di replicazione in genere non sono separate dall’ambiente circostante da una membrana. Si tratta invece di condensati biomolecolari, strutture che ricordano una bolla formata dalla separazione di fase liquido-liquido. Questi condensati incorporano selettivamente proteine e altri materiali necessari per la replicazione virale. I condensati liquidi come fabbriche di replicazione sono stati ampiamente studiati in altri virus, compresi i virus della rabbia e del morbillo. In questo studio i ricercatori hanno studiato se il norovirus forma condensati biomolecolari che fungono da centri di replicazione.
“Sapevamo che questi condensati sono spesso avviati da una singola proteina virale in grado di legare materiale genetico, avere una regione flessibile e formare oligomeri, molecole costituite da un piccolo numero di unità ripetitive”, ha detto Kaundal.
Il team ha iniziato l’indagine applicando l’analisi bioinformatica per identificare le proteine del norovirus che avrebbero presentato le caratteristiche che molto probabilmente portavano alla formazione di condensati liquidi.
“Lavorando con il ceppo pandemico del norovirus umano GII.4, quello responsabile della maggior parte dei casi di gastroenterite in tutto il mondo, abbiamo scoperto che la RNA polimerasi RNA-dipendente ha la più alta propensione a formare condensati biomolecolari”, ha detto Kaundal. “Questa proteina ha una regione flessibile, può formare oligomeri, lega l’RNA, il materiale genetico del norovirus, e svolge un ruolo essenziale durante la replicazione virale producendo copie dell’RNA virale. Tutte queste caratteristiche ci hanno spinto a testare sperimentalmente se la RNA polimerasi GII.4 guida la formazione di condensati biomolecolari favorevoli alla replicazione virale.”
“I nostri studi sperimentali mostrano che la RNA polimerasi GII.4 forma effettivamente condensati liquidi altamente dinamici in condizioni fisiologicamente rilevanti in laboratorio e che la regione flessibile di questa proteina è fondamentale per questo processo”, ha affermato Prasad, professore di virologia e microbiologia molecolare. e la cattedra Alvin Romansky in Biochimica alla Baylor. Prasad è anche membro del Dan L Duncan Comprehensive Cancer Center di Baylor. “Inoltre, i condensati sono strutture altamente dinamiche: diversi possono fondersi formando una struttura più grande oppure dividersi in strutture più piccole; inoltre si muovono all’interno della cellula, scambiando materiali con l’ambiente circostante.”
Successivamente, i ricercatori hanno studiato se questi condensati liquidi si formano anche nelle cellule intestinali umane infette da norovirus. Fino a poco tempo fa, studiare come il norovirus si replica all’interno delle cellule era difficile perché i ricercatori non disponevano di un sistema biologico efficace in cui far crescere il virus in laboratorio. Ma nel 2016, il laboratorio della dottoressa Mary Estes della Baylor e colleghi sono riusciti a coltivare ceppi di norovirus umani in colture di enteroidi intestinali umani.
Conosciute anche come mini-guts, queste colture sono un modello di laboratorio del tratto gastrointestinale umano che ne riassume la complessità, la diversità e la fisiologia cellulare. Gli enteroidi umani imitano i modelli di infezione del virus ospite specifici del ceppo, rendendoli un sistema ideale per sezionare l’infezione da norovirus umano, come nel presente studio, per identificare i requisiti di crescita specifici del ceppo e sviluppare e testare trattamenti e vaccini.
“Abbiamo dimostrato che si formano condensati liquidi nelle colture di enteroidi intestinali umani infettati da norovirus, nonché nella linea cellulare umana HEK293T coltivata in laboratorio. Proponiamo che questi condensati siano hub di replicazione per il norovirus umano, una soluzione elegante al è una questione sconcertante su come la traduzione assistita dai ribosomi del genoma virale sia separata dalla sua replicazione da parte della polimerasi virale nei virus a RNA a filamento positivo”, ha detto Prasad. “La nostra analisi bioinformatica ha anche mostrato che le RNA polimerasi di quasi tutti i ceppi di norovirus hanno un’elevata propensione a formare queste fabbriche di replicazione, suggerendo che questo potrebbe essere un fenomeno comune alla maggior parte dei norovirus.”
“Si tratta di un articolo straordinario e sono stato lieto di aver potuto convalidare i risultati nelle cellule infettate da virus utilizzando il nostro sistema di coltivazione di enteroidi intestinali umani per il norovirus umano”, ha affermato Estes, Professore illustre e titolare della cattedra di virologia molecolare e microbiologia della Cullen Foundation presso l’Università di Los Angeles. Baylor. Estes è anche co-direttore del nucleo dei sistemi di modelli sperimentali gastrointestinali presso il Texas Medical Center Digestive Diseases Center e membro del Dan L Duncan Comprehensive Cancer Center di Baylor.
I risultati non solo forniscono nuove informazioni sulla replicazione del norovirus umano, ma aprono anche nuovi obiettivi per la progettazione di antivirali per le infezioni da norovirus umano, che rimangono una seria minaccia nei bambini e nei pazienti immunocompromessi.
Altri contributori a questo lavoro includono Ramakrishnan Anish, B. Vijayalakshmi Ayyar, Sreejesh Shanker, Gundeep Kaur, Sue E. Crawford, Jeroen Pollet e Fabio Stossi. Gli autori sono affiliati al Baylor College of Medicine e all’Università del Texas, MD Anderson Cancer Center.
Il supporto per questo progetto è stato fornito dal sussidio NIH P01 AI057788, dal sussidio Q1279 della Robert Welch Foundation, dal Center for Advanced Microscopy and Image Informatics (Cancer Prevention and Research Institute of Texas (CPRIT) Grant RP170719), dall’Integrated Microscopy Core del Baylor College of Medicine (Sovvenzioni NIH: DK56338, CA125123, ES030285 e S10OD030414) e concessione CPRIT RR160029.
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