Δομή Poxviral Core Protein A10

Ο κεντρικός ρόλος του A10 στη μάχη

Δομή Poxviral Core Protein A10

Δομή της πρωτεΐνης πυρήνα της ευλογιάς Α10. Οι τρεις υπομονάδες του τριμερούς (με διαφορετικό χρώμα) αντιπροσωπεύονται ως προσομοιωμένες επιφάνειες κρυο-ΕΜ. Η επιφάνεια κρυο-ΕΜ είναι ολοένα και πιο ορατή με κάθε υπομονάδα. Πίστωση: © Jesse Hansen

Μια πρόσφατη επανεμφάνιση και ξέσπασμα του Mpox επανέφερε τους ιούς ευλογιάς ως απειλή για τη δημόσια υγεία, υπογραμμίζοντας ένα σημαντικό κενό γνώσης στον πυρήνα τους. Τώρα, μια ομάδα ερευνητών από το Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Αυστρίας (ISTA) ήρε τα μυστήρια της αρχιτεκτονικής του πυρήνα της ευλογιάς, συνδυάζοντας διάφορες τεχνικές κρυοηλεκτρονικής μικροσκοπίας με μοριακή μοντελοποίηση. Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στο Φύση Δομική & Μοριακή Βιολογίαθα μπορούσε να διευκολύνει τη μελλοντική έρευνα για θεραπευτικά που στοχεύουν τον πυρήνα του ιού της ευλογιάς.

Ευλογιά ιός, ο πιο διαβόητος ιός ευλογιάς και ένας από τους πιο θανατηφόρους ιούς που έχουν πλήξει τους ανθρώπους, προκάλεσε τον όλεθρο προκαλώντας ευλογιά μέχρι να εξαλειφθεί το 1980. Η εξάλειψη πέτυχε χάρη σε μια εκτεταμένη εκστρατεία εμβολιασμού χρησιμοποιώντας έναν άλλο ιό ευλογιάς, τον εύστοχα ονομαζόμενο ιό Vaccinia. Η επανεμφάνιση και το ξέσπασμα του ιού Mpox το 2022-2023 μας υπενθύμισε για άλλη μια φορά ότι οι ιοί βρίσκουν τρόπους να επανέλθουν στο προσκήνιο ως απειλές για τη δημόσια υγεία. Είναι σημαντικό ότι αυτό έχει τονίσει τα θεμελιώδη ερωτήματα σχετικά με τους ιούς ευλογιάς που έχουν παραμείνει αναπάντητα μέχρι σήμερα.

Ένα τέτοιο θεμελιώδες ερώτημα βρίσκεται, κυριολεκτικά, στον πυρήνα του θέματος: «Γνωρίζουμε ότι για να είναι μολυσματικοί οι ιοί ευλογιάς, ο ιικός πυρήνας τους πρέπει να σχηματιστεί σωστά. Αλλά από τι αποτελείται αυτός ο πυρήνας της ευλογιάς και πώς ενώνονται και λειτουργούν τα επιμέρους συστατικά του;» ρωτά ο επίκουρος καθηγητής ISTA Florian Schur, ο αντίστοιχος συγγραφέας της μελέτης.

Ο Schur και η ομάδα του έβαλαν τώρα το δάχτυλό τους στον κρίκο που λείπει: μια πρωτεΐνη που ονομάζεται A10. Είναι ενδιαφέρον ότι ο Α10 είναι κοινός σε όλους τους κλινικά σχετικούς ιούς ευλογιάς.

Επιπλέον, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το Α10 δρα ως ένα από τα κύρια δομικά στοιχεία του πυρήνα του ιού της ευλογιάς. Αυτή η γνώση θα μπορούσε να είναι αποφασιστικής σημασίας για μελλοντική έρευνα σχετικά με θεραπευτικά που στοχεύουν τον πυρήνα του ιού της ευλογιάς.

Πλάγια όψη του ιού Vaccinia

Τομογράφημα κρυοηλεκτρονίου ενός ολόκληρου ιού δαμαλίτιδας. Πλάγια όψη του ιού και του πυρήνα. Το εσωτερικό τοίχωμα του πυρήνα είναι χρωματισμένο ροζ και το DNA του ιού πράσινο. Πίστωση: © Julia Datler

«Οι πιο προηγμένες τεχνικές κρυο-ΕΜ που είναι διαθέσιμες σήμερα»

Ο ιικός πυρήνας είναι ένας από τους παράγοντες που είναι κοινοί σε όλες τις μολυσματικές μορφές ιού ευλογιάς. «Προηγούμενα πειράματα στην ιολογία, τη βιοχημεία και τη γενετική πρότειναν πολλές υποψήφιες πρωτεΐνες για τους ιούς ευλογιάς, αλλά δεν υπήρχαν διαθέσιμες πειραματικά προερχόμενες δομές», λέει η φοιτήτρια PhD του ISTA, Τζούλια Ντάτλερ, μια από τις πρώτες συντάκτες της μελέτης.

Έτσι, η ομάδα ξεκίνησε με υπολογιστική πρόβλεψη μοντέλων των βασικών υποψήφιων πρωτεϊνών του πυρήνα, χρησιμοποιώντας το διάσημο πλέον εργαλείο μοριακής μοντελοποίησης που βασίζεται σε AI AlphaFold.

Παράλληλα, η Datler έθεσε τα βιοχημικά και δομικά θεμέλια του έργου αντλώντας από το υπόβαθρό της στην ιολογία και την κύρια τεχνογνωσία της ομάδας Schur: κρυογονική ηλεκτρονική μικροσκοπία, ή κρυο-ΕΜ για συντομία.

Κάτοψη του ιού Vaccinia

Τομογράφημα κρυοηλεκτρονίου ενός ολόκληρου ιού δαμαλίτιδας. Κάτοψη του ιού και του πυρήνα. Το εσωτερικό τοίχωμα του πυρήνα είναι χρωματισμένο ροζ και το DNA του ιού πράσινο. Πίστωση: © Julia Datler

«Ενσωματώσαμε πολλές από τις πιο προηγμένες τεχνικές cryo-EM που είναι διαθέσιμες σήμερα με τη μοριακή μοντελοποίηση AlphaFold. Αυτό μας έδωσε, για πρώτη φορά, μια λεπτομερή συνολική εικόνα του πυρήνα της ευλογιάς – του «ασφαλούς» ή «βιοαντιδραστήρα» μέσα στον ιό που περικλείει το ιικό γονιδίωμα και το απελευθερώνει σε μολυσμένα κύτταρα», λέει ο Schur.

«Ήταν λίγο τζόγος, αλλά τελικά καταφέραμε να βρούμε τον κατάλληλο συνδυασμό τεχνικών για να εξετάσουμε αυτό το περίπλοκο ερώτημα», λέει ο μεταδιδάκτορας Jesse Hansen, ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης του οποίου η τεχνογνωσία σε διάφορες τεχνικές δομικής βιολογίας και μεθόδους επεξεργασίας εικόνας ήταν κομβικής σημασίας για το έργο.

Florian Schur, Julia Datler και Jesse Hansen

Ο επίκουρος καθηγητής ISTA Florian Schur (αριστερά) και οι πρώτοι συγγραφείς Julia Datler και Jesse Hansen. Πίστωση: © ISTA

Μια παγκόσμια τρισδιάστατη άποψη του ιού ευλογιάς

Οι ερευνητές του ISTA εξέτασαν τα «ζωντανά» ώριμα ιοσωμάτια του ιού της δαμαλίτιδας και τους καθαρισμένους πυρήνες ιού ευλογιάς κάτω από κάθε δυνατή γωνία – κυριολεκτικά.

«Συνδυάσαμε το «κλασικό» κρυο-EM ενός σωματιδίου, την τομογραφία κρυοηλεκτρονίων, τον μέσο όρο υποτομογράμματος και την ανάλυση AlphaFold για να αποκτήσουμε μια συνολική εικόνα του πυρήνα του ιού της ευλογιάς», λέει ο Datler. Με την τομογραφία κρυοηλεκτρονίου, οι ερευνητές μπορούν να ανασυνθέσουν τρισδιάστατους όγκους ενός βιολογικού δείγματος τόσο μεγάλου όσο ένας ολόκληρος ιός αποκτώντας εικόνες ενώ σταδιακά γέρνουν το δείγμα.

«Είναι σαν να κάνεις αξονική τομογραφία του ιού», λέει ο Hansen. «Η τομογραφία κρυοηλεκτρονίων, η «ειδικότητα» του εργαστηρίου μας, μας επέτρεψε να αποκτήσουμε αναλύσεις σε επίπεδο νανομέτρων για ολόκληρο τον ιό, τον πυρήνα και το εσωτερικό του», λέει ο Schur.

Επιπλέον, οι ερευνητές θα μπορούσαν να προσαρμόσουν τα μοντέλα AlphaFold στα παρατηρούμενα σχήματα σαν παζλ και να αναγνωρίσουν τα μόρια που συνθέτουν τον πυρήνα του ιού της ευλογιάς. Μεταξύ αυτών, η υποψήφια πρωτεΐνη πυρήνα Α10 ξεχώρισε ως ένα από τα κύρια συστατικά. «Διαπιστώσαμε ότι το A10 ορίζει βασικά δομικά στοιχεία του πυρήνα των ιών ευλογιάς», λέει ο Datler.

Ο Schur προσθέτει, «Αυτά τα ευρήματα είναι μια εξαιρετική πηγή για την ερμηνεία τμημάτων δομικών και ιολογικών δεδομένων που δημιουργήθηκαν τις τελευταίες δεκαετίες».

Core of Poxviruses Researchers

Οι συγγραφείς της μελέτης στο ISTA. Από αριστερά προς τα δεξιά: Florian Schur, Victor-Valentin Hodirnau, Lukas Bauer, Julia Datler, Jesse Hansen, Andreas Thader, Alois Schlögl. Πίστωση: © ISTA

Ένα τραχύ μονοπάτι για την αποκάλυψη πυρήνων ιού ευλογιάς

Ο δρόμος προς αυτά τα ευρήματα ήταν μόνο απλός. «Έπρεπε να βρούμε τον δικό μας δρόμο από την αρχή», λέει ο Datler.

Αξιοποιώντας την τεχνογνωσία της στη βιοχημεία, την ιολογία και τη δομική βιολογία, η Datler απομόνωσε, πολλαπλασιάστηκε και καθάρισε δείγματα του ιού Vaccinia και καθιέρωσε τα πρωτόκολλα για τον καθαρισμό του πλήρους ιικού πυρήνα, βελτιστοποιώντας αυτά τα δείγματα για δομικές μελέτες. «Δομικά, ήταν εξαιρετικά δύσκολο να μελετηθούν αυτοί οι πυρήνες του ιού. Αλλά ευτυχώς, η επιμονή και η αισιοδοξία μας απέδωσαν καρπούς», λέει ο Hansen.

Οι ερευνητές του ISTA είναι πεπεισμένοι ότι τα ευρήματά τους θα μπορούσαν να παρέχουν μια πλατφόρμα γνώσης για μελλοντικές θεραπείες που επιδιώκουν να στοχεύσουν πυρήνες ιού ευλογιάς.

«Για παράδειγμα, θα μπορούσε κανείς να σκεφτεί φάρμακα που εμποδίζουν τη συναρμολόγηση του πυρήνα – ή ακόμα και την αποσυναρμολόγηση και την απελευθέρωση του ιού DNA κατά τη διάρκεια της μόλυνσης. Τελικά, η θεμελιώδης έρευνα για τους ιούς, όπως γίνεται εδώ, μας επιτρέπει να είμαστε καλύτερα προετοιμασμένοι ενάντια σε πιθανές μελλοντικές ιογενείς επιδημίες», καταλήγει ο Schur.

Παραπομπή: “Πολυτροπικά κρυο-ΕΜ αποκαλύπτει τριμερή της πρωτεΐνης Α10 για να σχηματίσουν το στρώμα παλίνθου στους πυρήνες του ιού ευλογιάς” 5 Φεβρουαρίου 2024, Φύση Δομική & Μοριακή Βιολογία.
DOI: 10.1038/s41594-023-01201-6

Όλοι οι συγγραφείς αυτού του έργου είναι συνδεδεμένοι με το Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Αυστρίας (ISTA). Το έργο είναι μια συνεργασία μεταξύ των μελών της ομάδας Schur (Julia Datler, Jesse M. Hansen, Andreas Thader, Lukas W. Bauer, Florian KM Schur), της Μονάδας Επιστημονικής Υπολογιστικής (Alois Schlögl) και της Εγκατάστασης Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας (Victor- Valentin Hodirnau).

Η μετάφραση έγινε με τη βοήθεια του Google Translate
ΠΗΓΗ: scitechdaily.com

Απάντηση