Norovirusul uman, un virus ARN cu lanţ pozitiv care este principala cauză a gastroenteritei virale, este responsabil pentru aproximativ 685 de milioane de cazuri de îmbolnăviri şi aproximativ 212.000 de decese pe an la nivel mondial, nu are vaccinuri sau antivirale aprobate.
Deschizând calea pentru îmbunătăţirea terapiilor medicamentoase, cercetătorii de la Colegiul de medicină Baylor şi de la Centrul de cancer MD Anderson al Universităţii din Texas, raportează în revista Science Advances descoperirea mecanismelor de replicare pentru norovirusul uman, ceea ce ar putea duce la proiectarea de medicamente antivirale pentru prevenirea, controlul sau tratarea acestor infecţii.
„Atunci când virusurile infectează celulele, acestea creează de obicei compartimente specializate - fabrici de replicare - unde formează noi virusuri care infectează mai multe celule cauzând boala”, a declarat dr. Soni Kaundal, de la departamentul de biochimie şi farmacologie moleculară al Baylor, autorul principal al lucrării. „Cu toate acestea, se cunosc foarte puţine lucruri despre fabricile de replicare ale norovirusului", a precizat el.
Din ce în ce mai multe dovezi arată că unele „fabrici de replicare" nu sunt de obicei separate de mediul înconjurător printr-o membrană. În schimb, acestea sunt condensate biomoleculare, structuri asemănătoare unei bule formate prin separarea fazelor lichid-lichid.
Aceste condensate încorporează selectiv proteine şi alte materiale necesare pentru replicarea virală. Condensatele de tip lichid ca fabrici de replicare au fost studiate pe larg în cazul altor virusuri, inclusiv virusurile rabiei şi rujeolei.
În acest studiu, cercetătorii au analizat dacă norovirusul formează condensate biomoleculare care servesc drept fabrici de replicare.
„Ştiam că aceste condensate sunt adesea iniţiate de o singură proteină virală capabilă să lege materialul genetic, să aibă o regiune flexibilă şi să formeze oligomeri, molecule formate dintr-un număr mic de unităţi repetitive”, a precizat dr. Kaundal.
Echipa şi-a început investigaţia prin aplicarea analizei bioinformatice pentru a identifica proteinele norovirusului care ar prezenta caracteristicile care conduc cel mai probabil la formarea condensatelor lichide.
„Lucrând cu tulpina pandemică de norovirus uman GII.4, cea responsabilă de cauzarea majorităţii cazurilor de gastroenterită din întreaga lume, am constatat că ARN-polimeraza, dependentă de ARN, are cea mai mare tendinţă de a forma condensate biomoleculare”, a indicat cercetătorul.
Această proteină are o regiune flexibilă, poate forma oligomeri, se leagă de ARN, materialul genetic al norovirusului, şi joacă un rol esenţial în timpul replicării virale, făbricând copii ale ARN-ului viral.
Toate aceste caracteristici i-au determinat pe cercetători să testeze experimental dacă ARN polimeraza GII.4 conduce la formarea condensatelor biomoleculare favorabile replicării virale.
„Studiile noastre experimentale arată că ARN polimeraza GII.4 formează într-adevăr condensate lichide foarte dinamice în condiţii fiziologice relevante în laborator şi că regiunea flexibilă a acestei proteine este esenţială pentru acest proces”, a precizat Prasad, profesor de virusologie moleculară şi microbiologie la Baylor.
În plus, condensatele sunt structuri extrem de dinamice: mai multe pot fuziona formând o structură mai mare sau se pot diviza în structuri mai mici; de asemenea, se mişcă în interiorul celulei, făcând schimb de materiale cu mediul înconjurător.
În continuare, cercetătorii au analizat dacă aceste condensate de tip lichid se formează şi în celulele intestinale umane infectate cu norovirus uman.
Până de curând, studierea modului în care norovirusul se replică în interiorul celulelor a fost dificil, deoarece cercetătorii nu dispuneau de un sistem biologic eficient în care să crească virusul în laborator. Dar în 2016, laboratorul dr. Mary Estes de la Baylor şi colegii săi au reuşit să cultive tulpini de norovirus uman în culturi de enteroizi intestinali umani.
Cunoscute şi sub denumirea de mini-intestine, aceste culturi sunt un model de laborator al tractului gastrointestinal uman care recapitulează complexitatea celulară, diversitatea şi fiziologia acestuia. Enteroizii umani imită modelele de infecţie gazdă-virus specifice tulpinilor, ceea ce le face un sistem ideal pentru studierea infecţiei cu norovirus uman, ca în studiul actual, pentru a identifica cerinţele de creştere specifice tulpinilor şi pentru a dezvolta şi testa tratamente şi vaccinuri.
„Am arătat că se formează condensate de tip lichid în culturile de enteroizi intestinali umani infectaţi cu norovirus uman, precum şi în linia celulară umană HEK293T cultivată în laborator. Am propus că aceste condensate ar putea fi potenţialele fabrici de replicare pentru norovirus uman, o soluţie elegantă la problema enigmatică a modului în care traducerea asistată de ribozom a genomului viral este separată de replicarea sa de către polimeraza virală în virusurile ARN cu lanţ pozitiv”, a explicat dr. B.V. Venkataram Prasad, autorul corespondent al cercetării.
Analiza a arătat, de asemenea, că polimerazele ARN ale aproape tuturor tulpinilor de norovirus au o mare tendinţă de a forma aceste fabrici de replicare, sugerând că acesta poate fi un fenomen comun al majorităţii norovirusurilor.
„Aceasta este o reuşită remarcabilă şi m-am bucurat că am putut valida constatările în celulele infectate cu virus folosind sistemul nostru de cultivare a enteroizilor intestinali umani pentru norovirus uman”, a precizat prof. Estesspecialist în virologie moleculară şi microbiologie la Baylor.
Descoperirile nu numai că oferă o nouă perspectivă asupra replicării norovirusului uman, dar deschid, de asemenea, noi ţinte pentru proiectarea de antivirale pentru infecţiile cu norovirus uman, care rămân o ameninţare gravă la copii şi la pacienţii imunocompromişi.
