Nowe badania rzucają światło na kluczową rolę grypy ptaków wirus enzym może mutować, umożliwiając wirusowi replikację u ssaków.
Poczyniono znaczne postępy w kontrolowaniu grypy sezonowej w drodze inicjatyw w zakresie zdrowia publicznego, jednak ryzyko wybuchu epidemii ptasiej grypy wśród ssaków pozostaje problemem. Nowe badania wykazały, w jaki sposób mutacje umożliwiają ptasiej grypie przystosowanie się do żywicieli będących ssakami, co stwarza nowe wyzwania dla zdrowia ludzkiego. Badanie dostarcza kluczowych informacji na temat roli polimerazy w replikacji wirusa i wskazuje na potrzebę opracowania ukierunkowanych leków przeciwko tym złożonym mechanizmom wirusowym.
Postęp w zwalczaniu grypy sezonowej i pojawiających się zagrożeń
W ostatnich latach środki w zakresie zdrowia publicznego, nadzór i szczepienia pomogły osiągnąć znaczny postęp w ograniczaniu skutków epidemii grypy sezonowej wywoływanej przez wirusy grypy ludzkiej A i B. Jednakże możliwe wystąpienie epidemii ptasiej grypy A (powszechnie znanej jako „ ptasia grypa”) u ssaków, w tym ludzi, stwarza poważne zagrożenie dla zdrowia publicznego.
Grupa Cusack w EMBL Grenoble bada proces replikacji wirusów grypy. Nowe badanie tej grupy rzuca światło na różne mutacje, jakim może ulec wirus ptasiej grypy, aby móc replikować w komórkach ssaków.
Niektóre szczepy ptasiej grypy mogą powodować poważne choroby i śmiertelność. Na szczęście znaczne różnice biologiczne między ptakami i ssakami zwykle zapobiegają przenoszeniu się ptasiej grypy z ptaków na inne gatunek. Aby zainfekować ssaki, wirus ptasiej grypy musi zmutować, aby pokonać dwie główne bariery: zdolność do wniknięcia do komórki i replikacji w niej. Aby wywołać epidemię lub pandemię, musi także nabyć zdolność do przenoszenia się między ludźmi.
Transmisja międzygatunkowa ptasiej grypy
Jednakże sporadyczne zakażenie dzikich i domowych ssaków ptasią grypą staje się coraz powszechniejsze. Szczególne zaniepokojenie budzi niedawne nieoczekiwane zakażenie krów mlecznych w USA ptasim szczepem H5N1, który może stać się endemiczny dla bydła. Może to ułatwić adaptację do ludzi i faktycznie zgłoszono kilka przypadków przeniesienia wirusa na ludzi, które jak dotąd skutkowały jedynie łagodnymi objawami.
Sercem tego procesu jest polimeraza – enzym, który organizuje replikację wirusa w komórkach gospodarza. To elastyczne białko może się zmieniać w zależności od różnych funkcji, jakie pełni podczas infekcji. Należą do nich transkrypcja – kopiowanie wirusowe RNA w informacyjny RNA w celu wytworzenia białek wirusowych – i replikacji – tworzenia kopii wirusowego RNA w celu upakowania w nowe wirusy.
Replikacja wirusa to złożony proces, który należy zbadać, ponieważ biorą w nim udział dwie polimerazy wirusowe i białko komórki gospodarza – ANP32. Razem te trzy białka tworzą kompleks replikacyjny, maszynę molekularną, która przeprowadza replikację. ANP32 jest znany jako „opiekuńczy”, co oznacza, że działa jako stabilizator niektórych białek komórkowych. Może to zrobić dzięki kluczowej strukturze – długiemu, kwasowemu ogonowi. W 2015 roku odkryto, że ANP32 ma kluczowe znaczenie dla replikacji wirusa grypy, ale jego funkcja nie została w pełni poznana.
Spostrzeżenia strukturalne i adaptacje dla komórek ludzkich
Wyniki nowego badania opublikowano dzisiaj (19 sierpnia) w czasopiśmie Komunikacja przyrodnicza, pokazują, że ANP32 działa jako pomost pomiędzy dwiema polimerazami wirusowymi – tzw replikaza I enkapsydaza. Nazwy odzwierciedlają dwie różne konformacje zajmowane przez polimerazy, aby spełniać dwie różne funkcje – tworzyć kopie wirusowego RNA (replikaza) i zapakuj kopię w powłokę ochronną za pomocą ANP32 (enkapsydaza).
Poprzez ogon ANP32 działa jako stabilizator kompleksu replikacyjnego, umożliwiając jego utworzenie w komórce gospodarza. Co ciekawe, ogon ANP32 różni się u ptaków i ssaków, chociaż rdzeń białka pozostaje bardzo podobny. Ta biologiczna różnica wyjaśnia, dlaczego wirus ptasiej grypy nie replikuje się łatwo u ssaków i ludzi.
„Kluczową różnicą między ptasim i ludzkim ANP32 jest 33-amino-kwas w ptasim ogonie, a polimeraza musi przystosować się do tej różnicy” – wyjaśnił Benoît Arragain, doktorant w grupie Cusack i pierwszy autor publikacji. „Aby polimeraza przystosowana do ptaków mogła replikować się w komórkach ludzkich, musi nabyć pewne mutacje, aby móc wykorzystywać ludzki ANP32”.
Aby lepiej zrozumieć ten proces, Arragain i jego współpracownicy uzyskali strukturę konformacji replikazy i enkapsydazy zaadaptowanej przez człowieka polimerazy ptasiej grypy (ze szczepu H7N9) podczas interakcji z ludzkim ANP32. Struktura ta zawiera szczegółowe informacje o tym, które aminokwasy są ważne w tworzeniu kompleksu replikacyjnego i jakie mutacje mogą umożliwić polimerazie ptasiej grypy przystosować się do komórek ssaków.
Wyniki badań i przyszłe kierunki
Aby uzyskać te wyniki, Arragain przeprowadził eksperymenty in vitro w EMBL Grenoble, korzystając z urządzenia do ekspresji eukariotów, platformy biofizycznej ISBG i platformy do mikroskopii krioelektronowej dostępnej w ramach Partnerstwa na rzecz biologii strukturalnej. „Współpracowaliśmy także z grupą Naffakh w Instytucie Pasteura, która przeprowadziła eksperymenty komórkowe” – dodał Arragain. „Ponadto uzyskaliśmy strukturę kompleksu replikacyjnego ludzkiej grypy typu B, która jest podobna do struktury kompleksu replikacyjnego grypy A. Eksperymenty komórkowe potwierdziły nasze dane strukturalne”.
Te nowe spostrzeżenia na temat kompleksu replikacyjnego grypy można wykorzystać do badania mutacji polimerazy w innych podobnych szczepach wirusa ptasiej grypy. Możliwe jest zatem wykorzystanie struktury uzyskanej ze szczepu H7N9 i zaadaptowanie jej do innych szczepów, takich jak H5N1.
„Należy poważnie potraktować zagrożenie nową pandemią spowodowaną przez wysoce zjadliwe, przystosowane do człowieka szczepy ptasiej grypy o wysokiej śmiertelności” – powiedział Stephen Cusack, starszy naukowiec w EMBL Grenoble, który kierował badaniem i bada wirusy grypy od 30 lat. lata. „Jedna z kluczowych reakcji na to zagrożenie obejmuje monitorowanie mutacji wirusa w terenie. Znajomość tej struktury pozwala nam zinterpretować te mutacje i ocenić, czy szczep znajduje się na ścieżce adaptacji do zakażania i przenoszenia między ssakami”.
Wyniki te są również przydatne w długoterminowej perspektywie opracowywania leków przeciw grypie, ponieważ nie istnieją żadne leki ukierunkowane konkretnie na kompleks replikacyjny. „Ale to dopiero początek” – powiedział Cusack. „Następnie chcemy zrozumieć, w jaki sposób kompleks replikacyjny działa dynamicznie, innymi słowy, dowiedzieć się bardziej szczegółowo, w jaki sposób aktywnie przeprowadza replikację”. Grupa z sukcesem przeprowadziła już podobne badania nt rola polimerazy grypy w procesie transkrypcji wirusa.
Odniesienie: „Struktury kompleksów replikacyjnych grypy A i B wyjaśniają adaptację ptaka do żywiciela ludzkiego i ujawniają rolę ANP32 jako elektrostatycznego opiekuńczego dla apopolimerazy” 19 sierpnia 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-51007-3
