Studie enthüllt Familiengeheimnis darüber, wie Viren in Zellen eindringen

Studie enthüllt Familiengeheimnis darüber, wie Viren in Zellen eindringen
Studie enthüllt Familiengeheimnis darüber, wie Viren in Zellen eindringen
Anonim

WEST LAFAYETTE, Indiana – Wie Spürhunde auf der Spur einer Familie von Dieben haben Wissenschaftler einen weiteren viralen Eindringling in Aktion ertappt und enthüllt, wie zwei verwandte Viren ähnliche, aber unterschiedliche Strategien anwenden, um in Zellen einzudringen.

Eine Forschungsgruppe der Purdue University und der State University of New York in Stony Brook hat im molekularen Detail analysiert, wie das Poliovirus mit einer Zelle interagiert, um sich Zugang zu verschaffen. Die Gruppe verglich dann die Taktik des Virus mit der von menschlichen Rhinoviren, gewöhnlichen Erkältungsviren, die in Größe und Struktur den Polioviren ähneln. Beide Viren gehören zu einer Familie namens Picornaviren.

Obwohl diese beiden Arten von Viren unterschiedliche Rezeptoren verwenden, um in eine Zelle einzudringen, fanden die Wissenschaftler heraus, dass die Rezeptoren einen ähnlichen "Fußabdruck" haben und an ähnlichen Stellen auf der Virushülle mit dem Virus interagieren, sagt Michael Rossmann, der es ist der Hanley Distinguished Professor of Biological Sciences in Purdue.

"Rhinoviren und Polioviren haben jeweils Hüllen, die tiefe Sp alten oder Schluchten enth alten, und das ist die Stelle, an der die Bindung stattfindet", sagt Rossmann. „Tatsächlich könnte diese Stelle ein Auslöser für die Initiierung des anschließenden Entschichtungsschritts sein, der für eine Virusinfektion erforderlich ist.“

Durch den Vergleich der von Rhinoviren und Polioviren verwendeten Prozesse können Wissenschaftler zum ersten Mal in molekularen Details den Prozess beschreiben, durch den ein Virus selektiv an seinen bestimmten Rezeptor bindet. Die Ergebnisse liefern auch neue Erkenntnisse darüber, was ein Virus von einem anderen unterscheidet, und sie können Wege zur Entwicklung von Medikamenten aufzeigen, die Krankheiten verhindern, die durch virale Pathogene verursacht werden.

"Spezifität ist der Schlüssel, damit das Virus in eine Zelle eindringen kann", sagt Rossmann. "Ein Virus und sein Rezeptor müssen sich perfekt ergänzen, wie ein Schloss und ein Schlüssel, damit eine Infektion stattfinden kann."

Details der Studie sind in der Ausgabe vom 4. Januar der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences zu finden. Ähnliche Ergebnisse wurden von einem anderen Forscherteam der National Institutes of He alth, der Columbia University und der Harvard Medical School gefunden und erscheinen in derselben Ausgabe der Zeitschrift.

Polioviren verursachen Poliomyelitis, eine menschliche Krankheit, die das zentrale Nervensystem betrifft und die Nervenzellen verletzt oder zerstört, die die Muskeln kontrollieren. Obwohl wirksame Impfstoffe gegen Polioviren entwickelt wurden, hatten Wissenschaftler kein klares Verständnis dafür, wie diese Viren an Moleküle auf der Zelle, sogenannte Rezeptoren, binden, um eine Infektion auszulösen.

Mit hochauflösender Kryoelektronenmikroskopie und dreidimensionalen Bildrekonstruktionstechniken konnten die Wissenschaftler das erste dreidimensionale Bild davon erh alten, wie Poliovirus 1, eine der drei Arten von Polioviren, an einen Rezeptor bindet – ein Molekül namens CD155 – auf der Zelle.

CD155 ist einer von Hunderten von Rezeptortypen, die auf einer Zelle gefunden werden, und jede Zelle kann Tausende dieser Rezeptoren auf ihrer Membran enth alten. Obwohl zelluläre Rezeptoren dazu bestimmt sind, spezifische chemische Prozesse für die Zelle auszuführen, haben Viren Wege entwickelt, sie zu nutzen, um in Zellen einzudringen.

Der CD155-Rezeptor besteht aus einem einzigen Protein und hat die Form eines Beins, das in drei Abschnitte unterteilt ist, die als Domänen bezeichnet werden und sich von einer "Hüfte" aus erstrecken, die die Zellmembran durchdringt. Rossmanns Gruppe hat festgestellt, dass sich das Virus an einer Stelle des Rezeptors anheftet, die sich am „Fuß“-Ende des Moleküls befindet.

Dann verglichen sie den Fußabdruck mit dem des ICAM-1-Rezeptors, der von zahlreichen Rhinoviren verwendet wird, um Zellen zu infizieren und beim Menschen Erkältungen auszulösen. Rossmanns Gruppe war 1986 die erste, die ein dreidimensionales Bild eines menschlichen Erkältungsvirus konstruierte, und hat seitdem die Strukturen mehrerer Erkältungsviren analysiert, die an ICAM-Moleküle gebunden sind.

"Obwohl der CD155-Rezeptor eine ähnliche Struktur wie der ICAM-Rezeptor hat und an eine ähnliche Stelle in der Virusschlucht bindet, gibt es deutliche Unterschiede in der Art und Weise, wie die Rezeptoren an diese Viren binden und sich an sie ausrichten, " sagt Rossmann.

Zum Beispiel bindet der lange, schlanke CD155-Rezeptor, indem er sein Ende in die Schlucht hineinragt, wobei ein Teil des Rezeptors grob auf der Oberfläche des Virus liegt. Der ICAM-Rezeptor hingegen bindet und strahlt von dem Virus nach außen, sagt Rossmann.

Außerdem enth alten die beiden Rezeptoren auch unterschiedliche "Reste" – Kohlenhydrateinheiten, die an der Außenseite des Rezeptors haften – die es den Viren ermöglichen könnten, ihre Begleitrezeptoren zu erkennen.

"Diese Viren haben sich so entwickelt, dass sie Moleküle auf dem Zellrezeptor erkennen, die genau zu ihnen passen, und wir können jetzt den Grund dafür sehen", sagt er.

Die Studie zeigt auch, dass sich die Viren an den Rezeptor binden, um einen einzigen Komplex zu bilden, wenn die Rezeptoren an ihren spezifischen Bindungsstellen einrasten. Dieser Schritt könnte den Prozess auslösen, der strukturelle Veränderungen im Virus verursacht, die für den Zelleintritt erforderlich sind, sagt Rossmann.

Die Forschung wurde von den National Institutes of He alth, der National Science Foundation und Purdue finanziert.

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