Forscher sehen das Polio-Virus beim Eintritt in die Wirtszelle

Forscher sehen das Polio-Virus beim Eintritt in die Wirtszelle
Forscher sehen das Polio-Virus beim Eintritt in die Wirtszelle
Anonim

Bilder könnten Licht auf hartnäckigere Fehler werfen

Boston, MA (20. Januar 2000) - Ein Team von Forschern der Harvard Medical School und anderer Institutionen hat die ersten 3-D-Strukturen - das biologische Äquivalent von Schnappschüssen - des Poliovirus in den Augenblicken nach seiner Anheftung hergestellt zu und dringt in eine Wirtszelle ein. Die Strukturen, die im Februar Journal of Virology erscheinen, folgen einer molekularen Wiedergabe durch dasselbe Team des Virus, wenn es sich an den Rezeptor der Wirtszelle anheftet. Der Virus-Rezeptor-Komplex wurde in den Proceedings of the National Academy of Sciences vom 6. Januar veröffentlicht.

Obwohl das Poliovirus medizinischem Know-how nachgegeben hat – Impfprogramme haben es aus der westlichen Welt ausgerottet und versprechen, es weltweit zu eliminieren – hat es sich als hartnäckiges Thema für Wissenschaftler erwiesen. Überraschenderweise ist wenig darüber bekannt, wie das Poliovirus in die Zellen des Darms eindringt, ganz zu schweigen davon, wie es zum Nervensystem gelangt, wo es Motoneuronen schädigen und Lähmungen verursachen kann. Einige haben vermutet, dass das Virus nach der Anheftung an die Wirtszelle eine Reihe von Konformationsänderungen erfährt, die zwei Zwischenformen hervorbringen. James Hogle und Kollegen von der Harvard Medical School und den National Institutes of He alth haben die Struktur dieser beiden Zwischenformen mithilfe einer leistungsstarken Kombination von Methoden – Kryoelektronenmikroskopie und Röntgenkristallographie – bestimmt.

Hogle, der Professor für biologische Chemie und molekulare Pharmakologie ist, und seine Kollegen haben die Bilder zusammen mit der Rezeptor-Virus-Struktur interpretiert, um die Geschichte eines extrem dynamischen Partikels zu erzählen.Von dem Moment an, in dem es sich an seinen Wirt anheftet, scheint das Poliovirus winzige Anpassungen in seiner Proteinhülle vorzunehmen, die es ihm ermöglichen, sich fester an seinen Wirtsrezeptor zu klammern. Einmal gebunden, schafft das Virus temporäre Öffnungen in seiner Hülle, durch die es winzige Proteinfäden auswirft, die sich in die Wirtszellmembran einbetten und nicht nur das Virus in der Zelle verankern, sondern möglicherweise Poren für den Eintritt der viralen RNA schaffen.

Hogle glaubt, dass die Geschichte für eine Vielzahl von Viren ähnlich sein könnte, die zusammen eine Vielzahl von Auswirkungen haben, darunter Enzephalitis, Lähmungen, Diabetes und eine Reihe von Herzerkrankungen. Diese Krankheitserreger, darunter Enteroviren, Echoviren und Cocksackie-Viren, verursachen derzeit Probleme der öffentlichen Gesundheit, insbesondere in amerikanischen Kindertagesstätten.

"Sie sind im Allgemeinen bedeutende Krankheitserreger, aber sie treten als besonders wichtige Krankheitserreger in Kindertagesstätten auf, wo Sie immunologisch naive Wesen mit horrender Hygiene haben", sagt er.Obwohl sie unterschiedliche Rezeptoren verwenden, ähnelt der primäre Infektionsprozess des Erregers dem des Poliovirus. "Das Verständnis dieser Viren gibt Ihnen einen Weg, möglicherweise Medikamente herzustellen, um sie zu vereiteln", sagt Hogle.

Ironischerweise war es der Beginn einer guten Hygiene, der durch verbesserte Sanitärsysteme um die Jahrhundertwende bewirkt wurde, der Polio von einer endemischen Krankheit mit einigen wenigen Fällen hier und da zu einer Katastrophe für die öffentliche Gesundheit machte. Da sie der ständigen Exposition gegenüber dem Poliovirus beraubt waren, verloren die Menschen ihre Immunität gegen den Erreger. Hunderttausende wurden in den 1930er und 1940er Jahren infiziert. "In einem sehr realen Sinne war es das AIDS dieser Zeit", sagt Hogle. Mit der Entwicklung der Salk- und Sabin-Impfstoffe in den 1950er und frühen 1960er Jahren wurde der Stand des Poliovirus im Westen erstmals gelockert.

Inzwischen hatte sich das Poliovirus als Modellsystem zum Verständnis von Viren etabliert. Aber das Problem, wie Polio tatsächlich in Zellen eindringt, war eine harte Nuss, die es zu knacken g alt, hauptsächlich aus technischen Gründen.Obwohl Zwischenformen in den 1980er Jahren biochemisch nachgewiesen wurden, waren sie in großen Mengen schwer zu reinigen.

Ein Wendepunkt kam 1991, als ein Forscher in Hogles Labor eine Methode zur Herstellung der ersten Zwischenform, des 135S, durch Erhitzen des Virus perfektionierte. Sie brachten das Teilchen sogar zum Kristallisieren, eine Voraussetzung für die Bestimmung seiner Struktur durch Röntgenkristallographie, aber die Kristalle beugten Röntgenstrahlen nicht. Mit Kollegen an den National Institutes of He alth stellte das Hogle-Labor schließlich gute Kristalle her und bestimmte durch eine Kombination aus Röntgenkristallographie und Kryoelektronenmikroskopie die Strukturen des 135S-Partikels und auch der zweiten oder 80S-Zwischenform.

"Es ist eine sehr leistungsfähige Kombination für Strukturen, die zu groß sind, um sie allein mit kristallographischen Techniken zu betrachten", sagt Hogle. „Sie können die Struktur der Komponenten mit hoher Auflösung kristallographisch lösen und diese Modelle nehmen und sie in die niedrig aufgelöste Struktur der Elektronenmikroskopie einpassen.„Natürlich erfordert ein solches Zusammenfügen ein gewisses Maß an Interpretation, sagt Hogle.

Mit diesem Vorbeh alt sagt er, das Auffälligste an den Bildern sei der Beweis, dass die 135S-Partikelhülle eine Reihe von tektonischen Bewegungen erfährt. Hogle glaubt, dass diese winzigen tektonischen Verschiebungen Lücken in der Oberfläche des Partikels öffnen können, durch die das 135S-Partikel Proteinknäuel auswirft. Diese werden in die Wirtszellmembran eingebettet und binden das 135S-Partikel an den Wirt. Nach dem Einbetten können die Proteinknäuel ihre Orientierung ändern, um Poren zu schaffen, durch die der virale Inh alt entleert werden kann. Das 80er Intermediate scheint übrig zu bleiben. „Es ist das Endprodukt – was ausgespuckt wird, nachdem alles fertig ist“, sagt Hogle.

Er und seine Kollegen würden gerne die Lücken in der Geschichte füllen. „Wir würden gerne sehen, wie das Virus mit seinen in die Membran eingebetteten Proteinspulen aussieht“, sagt er. Sie würden auch gerne die Entleerung von RNA aus dem Virus in die Wirtszelle überwachen, obwohl eine solche Studie eher biochemische Techniken als strukturelle Ansätze erfordern würde.

Hogle glaubt nicht nur, dass es möglicherweise zu neuen antiviralen Therapien führt, sondern auch, dass es sich schneller auszahlen könnte. „Letztendlich kommt es darauf an, dass wir jedes Mal, wenn wir etwas darüber verstehen, wie Viren in Zellen eindringen, etwas mehr über die Funktionsweise von Zellen verstehen“, sagt Hogle.

Diese Studie wurde teilweise von den National Institutes of He alth und der National Science Foundation finanziert.

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