Per la prima volta, gli scienziati sanno cosa succede alla forma di un virus quando invade una cellula ospite, grazie a un esperimento dei ricercatori del Penn State College of Medicine e della University of Pittsburgh School of Medicine. Capire come cambia la forma del virus potrebbe portare a terapie antivirali più efficaci.

L'esperimento è stato progettato per studiare come cambia l'involucro proteico di un virus, il suo capside, mentre si prepara a iniettare il suo materiale genetico in una cellula. Queste particelle virali alterate sono note come particelle A, o intermedi di ingresso di virus.

In precedenti esperimenti, l'esposizione di un virus a calore estremo o proteine ​​ha causato il cambiamento della forma dell'intero capside. Queste erano le simulazioni osservabili più vicine a un virus che invadeva una cellula che era stata ideata all'epoca.

"Utilizzando questi trucchi di laboratorio, il mio laboratorio e quelli di altri ricercatori sono stati in grado di creare strutture ad alta risoluzione delle particelle virali alterate, ma tutti questi trucchi stavano innescando il capside da tutte le direzioni, " ha detto Susan Hafenstein, assistente professore di medicina e microbiologia e immunologia, Penn State College of Medicine.

Hafenstein ipotizzò che in una simulazione più realistica, solo la parte del virus che interagiva con i recettori sulla cellula cambierebbe forma.

Nel nuovo esperimento, Hafenstein e i suoi coinvestigatori hanno simulato la superficie di una cellula utilizzando finte membrane chiamate nanodischi. Hanno inserito le molecole proteiche dei recettori delle cellule umane che lasciano entrare i segnali esterni nella cellula, nei nanodischi, la prima volta che questo è stato fatto per catturare un virus capside. I risultati sono stati riportati in una recente edizione della rivista Progressi scientifici .

"Questo particolare recettore ha una lunga coda che seppellisce nella membrana cellulare, Hafenstein ha spiegato. "Nel nostro esperimento, seppellì la coda nel nanodisco, dandoci una finta membrana che mostra il recettore appropriato per legarsi al virus".

I ricercatori hanno quindi aggiunto capsidi virali alle membrane dei recettori e hanno osservato le modifiche risultanti al capside utilizzando una tecnica di imaging chiamata microscopia crioelettronica.

Quando le migliaia di immagini 2D che hanno scattato sono state riassemblate in un capside 3D, un processo molto simile a una TAC, hanno scoperto che i cambiamenti di forma osservati in precedenza si verificavano solo nel punto in cui i recettori si legavano al virus.

"Il nostro lavoro mostra che un poro si apre solo in quel punto di interazione con la cellula ospite, " Hafenstein ha detto. "E questo è ciò che sta per impostare il capside per rilasciare il materiale genetico nella cellula. Pensiamo di aver catturato il primo capside virale fisiologicamente accurato preparato per entrare nell'ospite. Tutti quelli che avevamo studiato in precedenza mostravano cambiamenti in atto in tutto il capside".

Un recente progresso verso la microscopia crioelettronica, il rilevamento diretto degli elettroni, ha reso possibile l'osservazione.

"Questo modo di scattare le immagini ci ha permesso di scattare immagini davvero veloci che possono poi essere corrette in dati perfetti, " Hafenstein ha detto. "Ora possiamo ottenere la risoluzione atomica usando cryoEM."

I ricercatori hanno utilizzato un virus chiamato coxsackievirus B3 (CVB3) nel loro esperimento. CVB3 è un tipo di picornavirus, una famiglia di piccoli virus a RNA a rapida mutazione che causano malattie che vanno dal comune raffreddore alla pancreatite alla poliomielite.

I virus a RNA, un gruppo che include anche l'HIV, cambiano ogni volta che si replicano. Questi virus altamente mutanti possono sfuggire ai farmaci antivirali.

L'obiettivo finale è comprendere le complessità nelle fasi del ciclo di vita del virus, come il modo in cui il virus entra nella cellula ospite, e per indirizzare gli antivirali a quei passaggi specifici, ha detto Hafenstein. "Quindi, se il virus muta per sfuggire al farmaco, perderà anche la capacità di entrare nella cella."

Prossimo, Il gruppo di Hafenstein prevede di utilizzare un nanodisco più grande per catturare il processo del virus che interagisce con la membrana simulata.

"Poiché i nanodischi in questa serie di esperimenti erano così piccoli, non stiamo ottenendo la migliore immagine dell'interazione, e questo è un posto in cui migliorare, " ha detto. Questo, lei spera, rivelerà "il passo più importante:capire cosa fa scattare il rilascio dell'RNA nella cellula".