Lo studio rivela il segreto di famiglia su come i virus entrano nelle cellule

Lo studio rivela il segreto di famiglia su come i virus entrano nelle cellule
Lo studio rivela il segreto di famiglia su come i virus entrano nelle cellule
Anonim

WEST LAFAYETTE, Ind. – Come investigatori sulle tracce di una famiglia di ladri, gli scienziati hanno catturato un altro intruso virale in azione, rivelando come due virus correlati utilizzino strategie simili ma distinte per entrare nelle cellule.

Un gruppo di ricerca della Purdue University e della State University di New York a Stony Brook ha analizzato in dettaglio molecolare come il poliovirus interagisce con una cellula per ottenere l'ingresso. Il gruppo ha quindi confrontato le tattiche del virus con quelle dei rinovirus umani, comuni virus del raffreddore che sono simili per dimensioni e struttura ai poliovirus. Entrambi i virus appartengono a una famiglia chiamata picornavirus.

Sebbene questi due tipi di virus utilizzino recettori diversi per entrare in una cellula, gli scienziati hanno scoperto che i recettori hanno un "impronta" simile e interagiscono con il virus in siti simili sul guscio del virus, afferma Michael Rossmann, che è il Distinguished Professor di Scienze Biologiche di Hanley alla Purdue.

"Rhinovirus e poliovirus hanno ciascuno gusci che contengono profonde fessure o canyon, e questo è il sito in cui si verifica il legame", afferma Rossmann. "In effetti, questo sito potrebbe essere un fattore scatenante per l'inizio della successiva fase di rimozione del rivestimento richiesta per l'infezione virale."

Confrontando i processi utilizzati dai rinovirus e dai poliovirus, gli scienziati possono per la prima volta descrivere in dettaglio molecolare il processo mediante il quale un virus si attacca selettivamente al suo particolare recettore. I risultati forniscono anche nuove informazioni su ciò che differenzia un virus da un altro e possono suggerire modi per sviluppare farmaci che prevengono le malattie causate da agenti patogeni virali.

"La specificità è la chiave per consentire al virus di entrare in una cellula", afferma Rossmann. "Un virus e il suo recettore devono essere complementi perfetti, come una serratura e una chiave, affinché si verifichi l'infezione."

I dettagli dello studio sono nel numero del 4 gennaio della rivista Proceedings of the National Academy of Sciences. Risultati simili sono stati trovati da un altro team di ricercatori del National Institutes of He alth, della Columbia University e della Harvard Medical School, e compaiono nello stesso numero della rivista.

I poliovirus causano la poliomielite, una malattia umana che colpisce il sistema nervoso centrale, ferendo o distruggendo le cellule nervose che controllano i muscoli. Sebbene siano stati sviluppati vaccini efficaci contro i poliovirus, gli scienziati non avevano una chiara comprensione di come questi virus si attaccassero alle molecole sulla cellula, chiamate recettori, per avviare l'infezione.

Utilizzando la microscopia crioelettronica ad alta risoluzione e tecniche di ricostruzione di immagini tridimensionali, gli scienziati sono stati in grado di ottenere la prima immagine tridimensionale di come il poliovirus 1, uno dei tre tipi di poliovirus, si lega a un recettore – una molecola chiamata CD155 – sulla cellula.

CD155 è uno dei centinaia di tipi di recettori presenti su una cellula e ogni cellula può contenere migliaia di questi recettori sulla sua membrana. Sebbene i recettori cellulari siano progettati per eseguire processi chimici specifici per la cellula, i virus hanno sviluppato modi per usarli per ottenere l'ingresso nelle cellule.

Il recettore CD155 è costituito da una singola proteina ed ha la forma di una gamba divisa in tre sezioni, chiamate domini, che si estendono da un "anca" che penetra nella membrana cellulare. Il gruppo di Rossmann ha determinato che il virus si attacca in un sito sul recettore situato all'estremità del "piede" della molecola.

Hanno quindi confrontato l'impronta con quella del recettore ICAM-1, utilizzato da numerosi rinovirus per infettare le cellule, causando raffreddori negli esseri umani. Il gruppo di Rossmann è stato il primo a costruire un'immagine tridimensionale di un virus del raffreddore umano nel 1986 e da allora ha analizzato le strutture di diversi virus del raffreddore attaccati alle molecole ICAM.

"Sebbene il recettore CD155 abbia una struttura simile al recettore ICAM e si leghi a un sito simile nel canyon del virus, ci sono differenze distinte nel modo in cui i recettori si legano e si allineano a questi virus, " dice Rossmann.

Ad esempio, il lungo e sottile recettore CD155 si lega sporgendo la sua estremità nel canyon con parte del recettore che giace all'incirca sulla superficie del virus. Il recettore ICAM, d' altra parte, si lega e si irradia verso l'esterno dal virus, dice Rossmann.

Inoltre, i due recettori contengono anche diversi "residui" - unità di carboidrati bloccate all'esterno del recettore - che possono consentire ai virus di riconoscere i loro recettori compagni.

"Questi virus si sono evoluti per riconoscere le molecole sul recettore cellulare che si adattano a loro, e ora possiamo vederne il motivo", dice.

Lo studio mostra anche che quando i recettori si agganciano ai loro siti di legame specifici, i virus si legano al recettore per formare un unico complesso. Questo passaggio può innescare il processo che causa i cambiamenti strutturali nel virus necessari per l'ingresso delle cellule, dice Rossmann.

La ricerca è stata finanziata dal National Institutes of He alth, dalla National Science Foundation e da Purdue.

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