Dopo che un virus influenzale ha infettato una cellula ospite e ne ha dirottato i meccanismi interni per creare copie di se stesso, queste copie si riuniscono in gemme virali che si liberano dalla cellula ospite per infettare di nuovo. Un nuovo studio del MIT ora fornisce l'immagine più chiara di come le gemme vengono staccate dalla membrana della cellula ospite.

Utilizzando una tecnica chiamata spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) allo stato solido, il team del MIT ha scoperto che due molecole di colesterolo si legano a una proteina influenzale chiamata M2 per separare le gemme virali dal loro ospite. La configurazione molecolare crea una forma a cuneo esagerata all'interno della membrana cellulare che curva e restringe il collo del virus in erba fino alla rottura del collo.

Mentre ricerche precedenti avevano dimostrato che l'azione di M2 durante il germogliamento dipendeva dalle concentrazioni di colesterolo nella membrana cellulare, il nuovo studio dimostra l'esatto ruolo svolto dal colesterolo nel rilascio del virus.

E sebbene il team si sia concentrato su una proteina influenzale nel loro studio, "crediamo che con questo approccio abbiamo sviluppato, possiamo applicare questa tecnica a molte proteine ​​di membrana, "dice Mei Hong, un professore di chimica del MIT e autore senior dell'articolo, che appare in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze la settimana del 20 novembre.

La proteina precursore dell'amiloide e l'alfa-sinucleina, implicato nel morbo di Alzheimer e nel morbo di Parkinson, rispettivamente, sono tra le proteine ​​che trascorrono almeno parte della loro vita all'interno delle membrane cellulari, che contengono colesterolo nei loro strati grassi, dice Hong.

"Circa il 30% delle proteine ​​codificate dal genoma umano sono associate alla membrana cellulare, quindi stai parlando di molte interazioni dirette e indirette con il colesterolo, " fa notare. "E ora abbiamo uno strumento per studiare la struttura delle proteine ​​che legano il colesterolo".

Sfide dinamiche

Studi di imaging e sperimentali precedenti hanno mostrato che la proteina M2 dell'influenza era necessaria per il germogliamento virale, e che il germogliamento funzionava meglio nelle membrane cellulari contenenti una specifica concentrazione di colesterolo. "Ma eravamo curiosi, "Hong dice, "sul fatto che le molecole di colesterolo si leghino o interagiscono effettivamente con M2. È qui che entra in gioco la nostra esperienza con NMR a stato solido".

L'NMR utilizza le proprietà magnetiche dei nuclei atomici per rivelare le strutture delle molecole che contengono quei nuclei. La tecnica è particolarmente adatta allo studio del colesterolo, "che è stato generalmente difficile da misurare a livello molecolare perché è così piccolo e dinamico, interagendo con molte proteine, e la membrana cellulare dove la osserviamo è anch'essa dinamica e disordinata, " dice Hong.

La tecnica NMR ha permesso a Hong e ai suoi colleghi di fissare il colesterolo "nel suo ambiente naturale nella membrana, dove abbiamo anche la proteina M2 nel suo ambiente naturale, " dice. Il team è stato quindi in grado di misurare la distanza tra gli atomi di colesterolo e gli atomi nella proteina M2 per determinare come le molecole di colesterolo si legano a M2, così come l'orientamento del colesterolo all'interno degli strati della membrana cellulare.

Colesterolo e curvatura della membrana

Il colesterolo non è distribuito uniformemente in tutta la membrana cellulare:ci sono "zattere" arricchite di colesterolo insieme ad aree meno arricchite. La proteina M2 tende a localizzarsi al confine tra le aree zattera e non zattera nella membrana, dove il virus in erba può arricchirsi di colesterolo per costruire il suo involucro virale.

La configurazione che Hong e i suoi colleghi hanno osservato al collo in erba - due molecole di colesterolo attaccate a M2 - crea una significativa forma a cuneo all'interno dello strato interno della membrana cellulare. Il cuneo produce una curvatura a forma di sella sul collo in erba che è necessaria per recidere la membrana e rilasciare il virus.

Le nuove scoperte non hanno implicazioni dirette per la vaccinazione o il trattamento dell'influenza, anche se potrebbero ispirare nuove ricerche su come prevenire il germogliamento virale, dice Hong.