Медленно растущий мутант ротавируса раскрывает ранние этапы сборки вируса
Ротавирус ежегодно вызывает более 130 000 смертей среди младенцев и детей младше пяти лет. Вирус реплицируется в вирусных фабриках — вироплазмах, которые образуются внутри инфицированных клеток, вызывая тяжелую, обезвоживающую диарею. Вироплазмы было сложно изучать, так как они обычно образуются очень быстро. Однако случайное наблюдение позволило исследователям из Медицинского колледжа Бейлора получить новые данные об их формировании.
Исследователи создали мутантный ротавирус, который, неожиданно, реплицировался гораздо медленнее исходного вируса. Это позволило им наблюдать первые шаги вирусной сборки. Результаты, опубликованные в Journal of Virology, открывают новые возможности для лечения и профилактики этой вирусной болезни, а также для понимания работы аналогичных фабрик у других вирусов.
«Образование вироплазм необходимо для успешной ротавирусной инфекции. Они быстро формируются внутри инфицированных клеток и состоят из вирусных и клеточных белков, которые взаимодействуют с липидными каплями, но детали того, как эти части собираются вместе, до сих пор неясны», — сказала первый автор доктор Джинетт М. Криглар.
Чтобы получить новые данные, Криглар и ее коллеги изучили NSP2 — один из вирусных белков, необходимых для репликации вируса. Без него не образуются ни вироплазмы, ни новые вирусы.
Как и все белки, NSP2 состоит из аминокислот. «Бусинка» 313 — это аминокислота серин. Ключевой момент: серин 313 фосфорилирован — к нему присоединена фосфатная химическая группа. Фосфорилирование белков — это механизм, который клетки используют для регуляции активности белков, действуя как переключатель «включения-выключения». Здесь исследователи оценили роль фосфорилирования NSP2 по серину 313 в формировании вироплазм.
Серендипитное открытие
Используя недавно разработанную систему обратной генетики, Криглар и ее коллеги создали ротавирус, несущий белок NSP2 с мутацией в аминокислоте 313 — так называемой фосфомиметической мутацией, заменив серин на аспарагиновую кислоту. Название «фосфомиметическая» указывает, что мутантный белок имитирует фосфорилированный белок в исходном ротавирусе.
«В лабораторных экспериментах наш фосфомиметический мутантный белок кристаллизовался быстрее исходного — за часы, а не дни», — сказала Криглар. «Но, к удивлению, по сравнению с немутантным ротавирусом, фосфомиметический вирус медленно образовывал вироплазмы и реплицировался».
«Это не то, что мы ожидали. Мы думали, что ротавирус с мутантным белком также будет реплицироваться быстрее», — сказала доктор Мэри Эстес. «Мы воспользовались задержкой в формировании вироплазм, чтобы наблюдать очень ранние события, которые было трудно изучать».
Ранние шаги: NSP2 и липидные капли объединяются
Исследователи обнаружили, что одним из первых шагов в формировании вироплазм является ассоциация NSP2 с липидными каплями. Это указывает, что NSP2, фосфорилированный по положению 313, может взаимодействовать с каплями самостоятельно, без взаимодействия с другими компонентами вироплазмы.
Липидные капли — важная часть вироплазм. Известно, что ротавирус заставляет инфицированные клетки производить эти капли, но как именно — неизвестно. Новые данные позволяют предположить, что ротавирус может использовать фосфорилированный NSP2 для запуска образования липидных капель.
«Было очень интересно увидеть, что изменение всего одной аминокислоты в белке NSP2 повлияло на репликацию всего вируса», — сказала Криглар. «Фосфомиметическое изменение изменило динамику вирусной репликации, не убивая вирус. Мы можем использовать этот мутантный ротавирус, чтобы продолжить исследование последовательности событий, ведущих к образованию вироплазм».
«Это первое исследование в нашей лаборатории, в котором использовалась система обратной генетики, разработанная для ротавируса Канаи и коллегами в Японии, и это очень волнительно для меня», — сказала Эстес. «Было очень мало статей, использующих эту систему для решения биологического вопроса, и наша — одна из них».