Il virus dell'influenza inganna la gestione dei rifiuti
I virus hanno bisogno dei macchinari cellulari per la loro riproduzione. Il modo in cui gli agenti patogeni penetrano nelle cellule è ormai ben studiato. Ciò che non è sufficientemente noto, tuttavia, è il modo in cui l'involucro virale si rompe durante l'infezione, in modo che il materiale genetico del virus possa essere rilasciato. Un team di ricerca guidato dall'ETH di Zurigo ha ora chiarito il meccanismo nel virus dell'influenza - e ha scoperto alcuni risultati sorprendenti.
L'infezione da virus segue sempre uno schema simile. L'agente patogeno deve cercare di entrare nelle cellule dell'ospite per utilizzare i loro macchinari di replicazione e produzione di proteine per la propria moltiplicazione. La prima barriera che un virus deve superare è la membrana cellulare.
A questo scopo, il virus si aggancia alla superficie e segnala alla cellula che vuole essere assorbito al suo interno. La cellula rilascia quindi una vescicola. Questa contiene il virus e lo trasporta verso il nucleo della cellula. Durante questo viaggio, la cellula fa in modo che la soluzione nella vescicola diventi sempre più acida. Il valore acido del pH consente infine all'involucro virale esterno di fondersi con la membrana della vescicola.
Il capside è una noce difficile da decifrare
Ma questa è solo metà della battaglia. Perché il virus dell'influenza, come altri virus a RNA, ha un altro ostacolo da superare prima che il suo codice genetico venga rilasciato: i pochi pezzi di RNA che compongono il genoma del virus dell'influenza sono impacchettati in un cosiddetto capside. Questo assicura la stabilità del virus durante la trasmissione da cellula a cellula e protegge i geni del virus dalla degradazione prematura.
Finora si è capito poco su come si rompe il capside del virus dell'influenza. Un team di ricercatori del Fare ETH di Zurigo, dell'Istituto Friedrich Miescher per la ricerca biomedica di Basilea e del Centro di ricerca biologica di Szeged (Ungheria) ha ora trovato una risposta a questo aspetto centrale dell'infezione influenzale: Il capside del virus dell'influenza A imita una palla di rifiuti proteici, il cosiddetto aggresoma, che dovrebbe essere disfatto e smaltito. Ingannato da ciò, il complesso di smaltimento dei rifiuti della cellula supporta la rottura del capside. Questa nuova scoperta è stata appena pubblicata su "Science".
Il capside del virus trasporta sulla sua superficie le etichette molecolari di scarto della cellula. Questo marchio di scarto, chiamato ubiquitina, attiva un enzima, la cosiddetta istone deacetilasi (HDAC6), che si lega all'ubiquitina. L'HDAC6 lega contemporaneamente le proteine scaffold e motorie, che separano il presunto "complesso di scarto" e lo avviano allo smaltimento. Questo lavoro meccanico provoca la rottura del capside, liberando il materiale genetico del virus. Grazie alle loro piccole dimensioni, le molecole genetiche di RNA passano attraverso i pori del nucleo cellulare. Una volta lì, la cellula inizia a replicare i geni virali e a costruire nuove proteine virali.
Smaltimento ingannevole dei rifiuti
Questo meccanismo è stato una grande sorpresa per i ricercatori. Il sistema di smaltimento dei rifiuti di una cellula è fondamentale per eliminare i rifiuti proteici. Se la cellula non riesce a smaltire abbastanza rapidamente le proteine di scarto, prodotte a causa del calore o dello stress, le scorie formano degli aggregati. Per sbarazzarsi degli aggregati, la cellula mobilita i suoi macchinari, che rompono gli ammassi in parti individuali e li degradano. Il virus dell'influenza utilizza proprio questo meccanismo.
Tuttavia, i ricercatori sono rimasti sorpresi anche dal tempo necessario per l'apertura del capside: circa 30 minuti. L'intero tempo di infezione, dall'aggancio sulla superficie cellulare all'ingresso dell'RNA nel nucleo della cellula, richiede due ore. "Il processo richiede più tempo ed è più complesso di quanto ci aspettassimo", afferma Yohei Yamauchi, postdoc del professor Ari Helenius dell'ETH, che ha individuato l'HDAC6 utilizzando un metodo di screening di proteine umane che ha testato per verificare se il virus ne avesse bisogno. Il primo autore dello studio, Indranil Banerjee, ha infine confermato nel suo studio successivo che HDAC6 è effettivamente centrale per l'apertura del capside.
I ricercatori hanno ottenuto la risposta definitiva grazie a un modello murino. Se una linea di topi mancava della proteina HDAC6, l'infezione influenzale era molto più debole: ai virus influenzali mancava il punto di ancoraggio centrale per collegarsi al sistema di smaltimento dei rifiuti. Tuttavia, l'assenza di HDAC6 non è una protezione completa.
Impedire il legame del marcatore di scarto
I ricercatori guidati dal professore di biochimica Ari Helenius hanno aperto una nuova strada con il loro studio. Non esistono quasi studi su come un virus animale apra il suo capside. Eppure questo è uno dei passaggi più importanti durante un'infezione, spiega il virologo. "Tuttavia, abbiamo sottovalutato la complessità del disimballaggio del capside", ammette Helenius. Lui stesso ha scritto un articolo su questo tema 20 anni fa, ma non ha approfondito l'argomento. Ora che sono decisi nuovi approcci sistemici per la ricerca di sistemi così complessi, ha avuto successo.
Resta da vedere se questa scoperta possa essere utilizzata a livello terapeutico, poiché l'assenza di HDAC6 allevia solo l'infezione, ma non la previene completamente. Gli inibitori contro l'HDAC6 finora conosciuti mirano alle sue due aree attive. Tuttavia, il blocco dell'attività enzimatica non aiuta a prevenire il legame di HDAC6 con il marcatore di rifiuti ubiquitina. "Bisognerebbe trovare una sostanza che blocchi il sito di legame dell'ubiquitina", spiega Yamauchi. Tuttavia, grazie alla struttura dell'HDAC6, questo sembra possibile e sono già in programma ulteriori esperimenti in tal senso.
Le rapide mutazioni rendono più difficile la lotta
Questo rivela anche una difficoltà di principio nella lotta contro i virus. Essi sfruttano abilmente molti dei processi vitali essenziali della cellula in modo da non poterli semplicemente spegnere. Se vengono spenti comunque, c'è il rischio di gravi effetti collaterali. I virus, inoltre, mutano con estrema rapidità. Nel caso del farmaco antinfluenzale Tamiflu, una mutazione ha aiutato il virus influenzale a cambiare la proteina bersaglio della sostanza attiva sulla sua superficie, rendendo il farmaco inutile.
? possibile che il meccanismo ora scoperto sia universale. Altri virus potrebbero utilizzarlo nello stesso modo o in un modo simile per aprire i loro capside e quindi infettare le cellule in modo efficiente. Tuttavia, Ari Helenius non farà più ricerca su questo argomento: Diventerà professore emerito e il suo gruppo all'ETH di Zurigo sarà sciolto.
Riferimento alla letteratura
Banerjee I, Miyake Y, Nobs SP, Schneider C, Horvath P, Kopf M, Matthias P, Helenius A, Yamauchi Y. Il virus dell'influenza A utilizza il macchinario di elaborazione degli aggresomi per l'ingresso nelle cellule ospiti. Science, pubblicato online il 24 ottobre 2014. DOI: pagina esterna10.1126/science.1257037