Przełom w badaniach nad grypą. Naukowcy wiedzą już, jak wirus przeprogramowuje nam komórki
Klucz do opracowania skuteczniejszych leków i szczepionek przeciwko grypie
Sezonowa grypa każdego roku powoduje śmierć nawet 650 tysięcy osób na całym świecie, a poważnie choruje na nią od 3 do 5 milionów ludzi . Szczególnie niebezpieczny jest wirus grypy typu A , odpowiedzialny za liczne pandemie, w tym słynną „hiszpankę” z 1918 roku. Wyniki tych badań stanowią ważny krok w kierunku opracowania nowych, precyzyjnych terapii przeciwwirusowych oraz skuteczniejszych szczepionek, które mogą uratować życie milionom ludzi na całym świecie.
Wirusy, po wniknięciu do komórki, uwalniają swoje RNA, materiał genetyczny zawierający instrukcje do produkcji ich białek. Te białka rozprzestrzeniają się w komórce gospodarza, przejmując jej molekularną maszynerię i wykorzystując ją do produkcji kolejnych kopii wirusa . Zrozumienie, w jaki sposób białka wirusa oddziałują z białkami komórki gospodarza i podporządkowują je swoim potrzebom, jest kluczowe dla opracowania skuteczniejszych leków i szczepionek przeciwko grypie.
Na czym polegały badania?
Dotychczasowe badania opierały się głównie na metodach biochemicznych, które wymagały rozbijania komórek , co prowadziło do utraty wielu naturalnych interakcji białkowych. Przełom umożliwiło zastosowanie specjalnie zmodyfikowanej wersji techniki XL-MS (spektroskopii mas z wiązaniami krzyżowymi), która pozwala na „zamrażanie” i analizę oddziaływań białkowych bezpośrednio w nienaruszonych, ale zakażonych już komórkach. Dzięki temu naukowcy mogli uchwycić nawet krótkotrwałe i specyficzne dla danego miejsca kontakty białek, które wcześniej pozostawały niewidoczne.
Wyniki uzyskane za pomocą XL-MS połączono z zaawansowanym modelowaniem strukturalnym , wykorzystując zmodyfikowaną wersję algorytmu AlphaFold, narzędzia nagrodzonego Nagrodą Nobla za przewidywanie struktur białkowych. Dzięki temu udało się nie tylko zidentyfikować, które białka wirusa i gospodarza wchodzą ze sobą w interakcje , ale także przewidzieć, jak dokładnie do siebie pasują na poziomie molekularnym.
Co ustalili naukowcy?
Badania opublikowane w prestiżowym czasopiśmie „Nature Microbiology” ujawniły dwa główne sposoby, w jakie wirus grypy typu A przejmuje kontrolę nad komórką:
-
Manipulacja białkiem hemaglutyniny. Hemaglutynina to białko powierzchniowe wirusa, które umożliwia mu przyczepienie się do komórki i wniknięcie do jej wnętrza. Naukowcy prześledzili, jak hemaglutynina przemieszcza się przez wewnętrzny system transportu i obróbki białek w komórce. Okazało się, że niektóre białka gospodarza, dotychczas nieznane, odgrywają kluczową rolę w prawidłowym fałdowaniu i modyfikacji hemaglutyniny podczas infekcji.
-
Rozpuszczanie paraspekli w jądrze komórkowym. Drugim zaskakującym odkryciem było zaobserwowanie, że wirus grypy powoduje rozpuszczanie tzw. paraspekli, drobnych organelli w jądrze komórkowym, które wiążą białka związane z RNA. Uwolnione w ten sposób białka wirus może wykorzystać do własnej replikacji. Co więcej, wiele wskazuje na to, że paraspekle biorą udział w odpowiedzi komórki na stres i regulacji genów przeciwwirusowych, więc ich uszkodzenie może dodatkowo osłabiać mechanizmy obronne gospodarza.
Nowe otwarcie w badaniach także nad innymi wirusami
Odkrycia te otwierają nowe perspektywy w projektowaniu leków przeciwwirusowych . Dzięki szczegółowej mapie oddziaływań białkowych możliwe będzie identyfikowanie miejsc, w których można skutecznie zablokować działanie wirusa, nie zakłócając przy tym funkcjonowania komórki gospodarza. Naukowcy podkreślają, że opracowana przez nich metoda, łącząca analizę oddziaływań białkowych w żywych komórkach, modelowanie strukturalne i ukierunkowane badania biologiczne, może być szeroko stosowana także do badania innych wirusów , w tym tych o potencjale pandemicznym, jak np. wirus H5N1.
Badania były możliwe dzięki ścisłej współpracy międzynarodowych zespołów oraz wykorzystaniu zaawansowanej infrastruktury badawczej. Eksperymenty z użyciem XL-MS przeprowadzono w Charité w Berlinie, analizy glikoproteomiczne w EMBL Proteomics Core Facility, modelowanie struktur białkowych na klastrze obliczeniowym EMBL, a obrazowanie mikroskopowe w CSSB’s Advanced Light and Fluorescence Microscopy Facility.