Cercetătorii din domeniul bolilor infecţioase au identificat rolul cheie al unei proteine în infectarea ficatului cu virusul hepatitei A. Studiind modul în care funcţionează un virus, cercetătorii pot identifica mecanisme celulare relevante nu numai pentru bolile infecţioase, ci şi pentru bolile metabolice şi cancer.
Virusurile au prosperat în populaţia generală de zeci de mii de ani, evoluând şi profitând de mecanismul celulelor pentru a se replica şi a supravieţui în organism. Unele pot trece de sistemul imunitar, invadând organismul fără să provoace simptome.
Virusul hepatitei A excelează la acest capitol. Acest virus extrem de contagios, care poate provoca inflamaţii grave ale ficatului, a evoluat pentru a se răspândi prin contactul apropiat de la persoană la persoană sau prin alimente şi apă contaminate.
Oamenii de ştiinţă încearcă de mult timp să descifreze virusul hepatitei A, pentru a înţelege mecanismele sale interne şi modul în care funcţionează în corpul uman.
Hepatita A este o inflamaţie a ficatului care poate provoca boli uşoare până la severe. Chiar dacă un vaccin foarte eficient este disponibil încă din anii 1990, hepatita A încă provoacă decese la nivel global. Organizaţia Mondială a Sănătăţii (OMS) estimează că, în 2016, 7134 persoane au murit din cauza hepatitei A la nivel mondial (reprezentând 0,5% din mortalitatea cauzată de hepatita virală).
Virusul hepatitei A se transmite în principal pe cale fecal-orală, adică atunci când o persoană neinfectată ingerează alimente sau apă contaminate cu fecalele unei persoane infectate. În familii, acest lucru se poate întâmpla prin intermediul mâinilor murdare atunci când o persoană infectată pregăteşte alimente pentru membrii familiei. Focarele transmise prin apă, deşi rare, sunt de obicei asociate cu apa contaminată cu ape uzate sau tratată necorespunzător.
Virusul poate fi, de asemenea, transmis prin contact fizic strâns (cum ar fi sexul oral-anal) cu o persoană infectată, deşi contactul ocazional între oameni nu răspândeşte virusul (OMS).
Dr. Stanley M. Lemon, profesor de medicină şi microbiologie şi imunologie şi membru al Institutului pentru Sănătate Globală şi Boli Infecţioase al facultăţii de medicină din cadrul Universităţii din Carolina de Nord (UNC), studiază virusurile ARN cu şir pozitiv, precum cel care cauzează hepatita A, încă din anii 1980.
„Ai putea spune că virusul hepatitei A cunoaşte interiorul unei celule hepatice mult mai bine decât noi”, a declarat medicul, care este membru al Academiei Naţionale de Ştiinţe şi al centrului de cancer Lineberger Comprehensive al UNC, într-un comunicat.
„Studiind hepatita A, am aflat încet-încet mai multe despre răspunsurile celulare, sistemul imunitar şi chiar unele aspecte ale cancerului pe care nu le-am fi cunoscut altfel”, a precizat acesta.
Un nou partener de infecţie
Cel mai recent efort de cercetare al laboratorului UNC s-a axat pe modul în care virusul îşi face loc în mod strategic în celulele hepatice şi preia mecanismele interne ale celulei pentru a-şi replica genomul.
Echipa a descoperit că o proteină puţin cunoscută, proteina 1 asociată cu Factorul de creştere derivat din trombocite (PDGF) (PDAP1), este folosită ca pion de virusul hepatitei A pentru a se replica şi infecta celulele din ficat.
Detalii despre noua descoperire au fost publicate miercuri, în revista Science Advances.
Cercetătorii au identificat PDAP1 printr-o selecţie CRIPSR vizând peste 19.000 de gene umane. Cu asistenţă din partea Centrului de Terapie Genică al UNC, laboratorul a eliminat majoritatea acestor gene ca neimportante în infecţia cu hepatită A, rămânând doar peste 40 de gene (şi proteinele pe care le codifică) care erau necesare pentru ca virusul să se poată replica.
PDAP1 a ieşit în evidenţă printre aceste gene ca neavând nicio funcţie cunoscută. Curioşi să afle care ar putea fi rolul său în infecţia cu hepatita A, laboratorul UNC a cercetat literatura de specialitate, găsind doar o duzină de studii anterioare care menţionau proteina. Aceste studii sugerau o asociere cu cancerele gastrointestinale şi glioblastomul, dar se ştiau puţine despre modul în care proteina funcţionează sau despre modul în care PDAP1 ar putea colabora cu virusul pentru a promova infecţia.
O lucrare, semnată de Verónica Delgado-Benito de la Centrul Max Delbrück pentru Medicină Moleculară din Berlin, Germania, a arătat că PDAP1 este esenţială pentru menţinerea răspunsurilor la stres celular în celulele imunitare care produc anticorpi pentru a combate infecţiile şi bolile. Atunci când Delgado-Benito a eliminat PDAP1 din celulele din laborator, celulele imunitare au murit din cauza stresului şi nu au putut produce anticorpii care luptă împotriva infecţiilor. Acest lucru a intrigat echipa de cercetare.
Exploatarea răspunsului la stres al ficatului
„Răspunsul integrat la stres” acţionează la fel ca un generator în timpul unui uragan, menţinând celula abia funcţională până când îşi poate reveni din stres şi îşi poate restabili funcţionalitatea completă. Celulele hepatice se confruntă cu stresul celular atunci când metabolismul merge prost sau când sunt infectate. Într-un efort de a-şi conserva energia şi de a supravieţui, celulele hepatice opresc producţia majorităţii proteinelor, trecând în schimb la producerea câtorva proteine speciale de supravieţuire pentru a menţine celula în viaţă.
Experimentele iniţiale ale echipei de cercetare au sugerat că virusul hepatitei A a învăţat să utilizeze acest program special de producţie de proteine pentru a-şi produce propriile proteine după infectarea şi inducerea stresului în celulele hepatice. Cercetătorii UNC au decis să exploreze în continuare acest mecanism.
Adesea, oamenii de ştiinţă pot afla multe despre procesele celulare eliminând componente din celule pentru a vedea ce se întâmplă (sau ce nu se întâmplă). Pentru a explora rolul PDAP1 în hepatita A şi în răspunsul integrat la stres, echipa de cercetare a „eliminat” mai întâi PDAP1 din celulele hepatice cultivate cu ajutorul unei perechi de „foarfece” molecular numită CRISPR-Cas9. De asemenea, au eliminat gena PDAP1 într-un model de hepatită A la şoarece.
Atunci când au fost expuse la virus, celulele hepatice cărora le lipsea PDAP1 au fost incapabile să susţină replicarea acestuia. De asemenea, şoarecii erau complet rezistenţi la infecţia cu hepatită A. Fără PDAP1, virusul nu a putut profita de rolul proteinei în răspunsul la stres şi nu şi-a putut produce propriile proteine necesare pentru replicare.
Această descoperire a fost legată de o nouă înţelegere a răspunsului integrat la stres realizată de cercetători. Atunci când au fost expuşi la o toxină, şoarecii lipsiţi de PDAP1 nu au reuşit să genereze răspunsul obişnuit la stres. Celulele hepatice cu deficit de PDAP1 au activat genele responsabile pentru răspunsul integrat la stres, dar nu au putut produce proteinele codificate de acestea. Aceste rezultate au arătat că PDAP1 joacă un rol cheie, dar necunoscut anterior, în supravieţuirea celulelor hepatice stresate.
Aceste două rezultate majore i-au determinat pe cercetători să concluzioneze că PDAP1 nu este doar un pion folosit de virusul hepatitei A pentru a se replica, ci şi un actor-cheie în menţinerea capacităţii celulei hepatice de a produce proteine celulare esenţiale pentru supravieţuire în condiţii de stres metabolic sau infecţios sever.
„Ştim acum că această proteină face parte dintr-un program special pe care celulele îl folosesc pentru a exprima un anumit subset de proteine în condiţii de stres”, a declarat dr. Lemon.
„Hepatita A poate uzurpa acest program - această proteină - pentru a-şi produce propriile proteine pentru a se replica şi a infecta cu succes celulele hepatice. Am descoperit că atunci când eliminăm PDAP1, virusul nu mai poate profita de acest program special şi nu se mai poate replica sau provoca inflamaţii în ficat”,a explicat cercetătorul.
PDAP1, bolile infecţioase şi cancerul
Având mai multe informaţii despre PDAP1 şi rolul său în răspunsul integrat la stres, laboratorul UNC se aşteaptă ca specialiştii în biologie celulară care studiază producţia de proteine şi supravieţuirea celulelor în perioade de stres excesiv să preia noile descoperiri şi să studieze PDAP1 mai pe larg.
Întrucât răspunsul integrat la stres este un reglator-cheie al destinului celulelor, gestionând echilibrul dintre moartea şi supravieţuirea celulelor, acesta este adesea exploatat de celulele canceroase pentru a-şi promova proliferarea.
Cel mai recent studiu arată că, prin studierea modului în care funcţionează un virus, cercetătorii pot afla mai multe despre mecanismele celulare relevante nu numai pentru bolile infecţioase, ci şi pentru bolile metabolice şi cancer.
