Voor de eerste keer, wetenschappers weten wat er gebeurt met de vorm van een virus wanneer het een gastheercel binnendringt, dankzij een experiment van onderzoekers van het Penn State College of Medicine en de University of Pittsburgh School of Medicine. Begrijpen hoe de vorm van het virus verandert, zou kunnen leiden tot effectievere antivirale therapieën.

Het experiment was bedoeld om te onderzoeken hoe de eiwitschil van een virus - zijn capside - verandert terwijl het zich voorbereidt om zijn genetisch materiaal in een cel te injecteren. Deze veranderde virusdeeltjes staan ​​bekend als A-deeltjes, of tussenproducten voor virusinvoer.

Bij eerdere experimenten is het blootstellen van een virus aan extreme hitte of eiwitten zorgde ervoor dat de vorm van de gehele capside veranderde. Dit waren de simulaties die het dichtst in de buurt kwamen van een virus dat een cel binnenviel die destijds was bedacht.

"Met behulp van deze laboratoriumtrucs, mijn lab en dat van andere onderzoekers waren in staat om structuren met hoge resolutie te creëren van de veranderde virusdeeltjes, maar al deze trucs triggerden de capside vanuit alle richtingen, " zei Susan Hafenstein, universitair docent geneeskunde en microbiologie en immunologie, Penn State College of Medicine.

Hafenstein veronderstelde dat in een meer realistische simulatie, alleen het deel van het virus dat in wisselwerking stond met receptoren op de cel zou van vorm veranderen.

In het nieuwe experiment Hafenstein en haar medeonderzoekers simuleerden het oppervlak van een cel met behulp van nepmembranen, nanodiscs genaamd. Ze hebben eiwitmoleculen van menselijke celreceptoren ingebracht die signalen van buitenaf de cel binnenlaten - in de nanodiscs, de eerste keer dat dit is gedaan om een ​​viruscapside op te vangen. De resultaten werden gerapporteerd in een recente editie van het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

"Deze specifieke receptor heeft een lange staart die hij in het celmembraan begraaft, " legde Hafenstein uit. "In ons experiment, het begroef zijn staart in de nanodisc, waardoor we een nepmembraan hebben met de juiste receptor om aan het virus te binden."

De onderzoekers voegden vervolgens viruscapsiden toe aan de receptormembranen en observeerden de resulterende veranderingen in de capside met behulp van een beeldvormingstechniek die cryo-elektronenmicroscopie wordt genoemd.

Toen de duizenden 2D-afbeeldingen die ze maakten opnieuw werden samengevoegd tot een 3D-capside - een proces dat veel lijkt op een CAT-scan - ontdekten ze dat eerder waargenomen vormveranderingen alleen plaatsvonden op de plaats waar de receptoren zich aan het virus bonden.

"Ons werk laat zien dat een porie zich pas opent op dat ene punt van interactie met de gastheercel, " Zei Hafenstein. "En dat is wat de capside gaat opzetten om het genetische materiaal in de cel vrij te geven. We denken dat we de eerste fysiologisch nauwkeurige viruscapside hebben gevangen die klaar is om de gastheer binnen te gaan. Al degenen die we eerder hadden bestudeerd, vertoonden veranderingen die overal in de capside plaatsvonden."

Een recente vooruitgang op het gebied van cryo-elektronenmicroscopie - directe elektronendetectie - maakte de waarneming mogelijk.

"Deze manier van fotograferen heeft ons in staat gesteld heel snelle foto's te maken die vervolgens kunnen worden gecorrigeerd tot perfecte gegevens, " Zei Hafenstein. "Nu kunnen we atomaire resolutie krijgen met behulp van cryoEM."

De onderzoekers gebruikten in hun experiment een virus genaamd coxsackievirus B3 (CVB3). CVB3 is een type picornavirus, een familie van snel muterende kleine RNA-virussen die ziekten veroorzaken variërend van verkoudheid tot pancreatitis tot polio.

RNA-virussen - een groep die ook HIV omvat - veranderen elke keer dat ze zich vermenigvuldigen. Deze sterk muterende virussen kunnen aan antivirale medicijnen ontsnappen.

Het uiteindelijke doel is om de fijne kneepjes van de levenscyclus van virussen te begrijpen, zoals hoe het virus de gastheercel binnenkomt, en om antivirale middelen naar die specifieke stappen te leiden, aldus Hafenstein. "Vervolgens, als het virus muteert om aan de drug te ontsnappen, het zal ook het vermogen verliezen om de cel binnen te gaan."

Volgende, De groep van Hafenstein is van plan een grotere nanodisc te gebruiken om het proces van het virus dat in wisselwerking staat met het nepmembraan vast te leggen.

"Omdat de nanoschijven in deze reeks experimenten zo klein waren, we krijgen niet het beste beeld van de interactie, en dat is een plek om te verbeteren, "zei ze. Dit, zij hoopt, zal onthullen "de belangrijkste stap - uitzoeken wat de afgifte van het RNA in de cel veroorzaakt."