Некоторым желудочно-кишечным вирусам необходим кальций. Им нужны ионы кальция для выполнения нескольких важных аспектов вирусной жизни, таких как проникновение в клетки-хозяева, репликация генома и создание новых вирусов для проникновения в другие клетки. Клетки, пораженные вирусами, также используют кальций. Они используют его в качестве сигналов для регуляции многих собственных клеточных процессов, но вирусы могут перехватывать клеточную передачу сигналов кальция для удовлетворения своих собственных потребностей.
Это вирусное поглощение во многих случаях связано с выработкой вирусного белка, называемого виропорином, который действует как ионный канал, перенаправляющий клеточный кальциевый сигнал для выполнения вирусных функций. Важные с медицинской точки зрения желудочно-кишечные вирусы, такие как ротавирус, нуждаются в кальции для репликации и используют виропорины, чтобы получить контроль над клеточной передачей сигналов кальция, но не было исследовано, действуют ли другие вирусы, которые также вызывают серьезные желудочно-кишечные проблемы у людей и животных, такие как норовирус. то же самое.
Виропорины берут верх?
Аспирантка Алисия Стртак из аспирантской программы по интегративным молекулярным и биомедицинским наукам в Медицинском колледже Бэйлора взялась за проект по изучению того, требуется ли вирусу Тулана, калицивирусу, биологически сходному с норовирусами человека, кальций для его репликации.. Если да, то как он берет на себя передачу сигналов кальция в клетке?
«Норовирусы человека являются основной причиной острого гастроэнтерита, потенциально опасного для жизни заболевания в любой возрастной группе», - сказал Стртак. «Существует большой интерес к разработке эффективных методов лечения, но многие аспекты того, как калицивирус, включая норовирус, вызывают заболевание, еще не прояснены."
Изучение норовируса представляет собой довольно сложную задачу для исследователей, и, хотя был достигнут значительный прогресс в успешном культивировании его в лаборатории с использованием культур кишечных энтероидов человека, еще многое предстоит узнать из изучения других калицивирусов, таких как Tulane. вирус, который тесно связан с норовирусом и его легче изучать в лаборатории.
Во время этого проекта Стртак работал в лаборатории доктора Джозефа Хайзера, доцента кафедры молекулярной вирусологии и микробиологии Бейлора, и использовал вирус Тулейн в качестве модельной системы для норовируса.
"Мы думаем, что вирус Тулейн имеет особенности, которые делают его хорошим кандидатом в качестве модели норовируса человека. Эти вирусы имеют общие биологические и генетические характеристики, например, оба организуют свои геномы одинаковым образом, заражают один и тот же тип клеток (кишечный эпителий) и вызывают заболевание аналогичным образом», - сказал Стртак. «Кроме того, вирус Tulane можно выращивать в лаборатории в системах, которые облегчают исследование путей, которые он берет на себя во время заражения."
Требования к репликации
Strtak, Hyser и их коллеги объединили клеточные культуры, биохимию и методы визуализации кальция, чтобы ответить на следующий вопрос: каковы ключевые факторы, необходимые вирусу Tulane для достижения надежной и эффективной репликации? Чтобы ответить на этот вопрос, они сосредоточились на том, как вирус Тулейн изменяет передачу сигналов кальция хозяином во время инфекции.
«Во-первых, мы обнаружили, что вирусу Тулейна для репликации действительно нужен внутриклеточный кальций. Без него вирус размножается плохо», - сказал Стртак. «Мы также обнаружили, что кальций поступает из клеточного хранилища в эндоплазматический ретикулум, и, чтобы получить доступ к этому источнику кальция, вирус Tulane, по-видимому, использовал свой белок NS1-2».
Исследователи обнаружили доказательства того, что белок NS1-2 вируса Tulane действовал как виропорин, ионный канал, который нарушал клеточную передачу сигналов кальция, запуская его поток из эндоплазматического ретикулума, где он хранился, в цитоплазму, где происходила репликация вируса. место.
Выводы вируса Tulane намекают на репликацию норовируса
Пытаясь определить, может ли норовирус использовать аналогичную стратегию для заражения эпителиальных клеток, Стртак и ее коллеги сравнили белок NS1-2 вируса Tulane и белок норовируса человека по их способности нарушать передачу сигналов кальция. Они обнаружили, что белок норовируса NS1-2 индуцирует изменения в клеточной передаче сигналов кальция, подобные тем, которые вызываются белком NS1-2 вируса Tulane..
«Это первое функциональное доказательство того, что функция, которую мы определили в вирусе Тулейна, может также существовать в человеческом норовирусе», - сказал Стртак.
Вирусные ионные каналы очень трудно идентифицировать. Работа Стртака показывает, что с небольшим количеством инноваций, изобретательностью и готовностью исследовать за пределами клинически значимой системы можно найти подходящую экспериментальную модель, которая позволит исследователям получить первоначальную общую характеристику и найти соответствующую информацию о сложных биологических системах. Мы надеемся, что информация, которую мы здесь нашли, также поможет другим исследователям, изучающим другие аспекты вирусной инфекции», - сказал Хайсер, член Центра исследований метагеномики и микробиома Алкека и Комплексного онкологического центра Дэна Л. Дункана в Бэйлоре.