El descubrimiento de centros de replicación de norovirus ofrece nuevos objetivos antivirales

El norovirus humano, un virus de ARN de cadena positiva que es la principal causa de gastroenteritis viral y causa aproximadamente 685 millones de casos y aproximadamente 212.000 muertes al año en todo el mundo, no tiene vacunas ni antivirales aprobados.

Allanando el camino para mejores terapias farmacológicas, informan investigadores de la Facultad de Medicina de Baylor y del Centro Oncológico MD Anderson de la Universidad de Texas en Avances científicos el descubrimiento de centros de replicación del norovirus humanolo que podría llevar al diseño de fármacos antivirales para prevenir, controlar o tratar estas infecciones.

«Cuando los virus infectan células, generalmente crean compartimentos especializados (fábricas de replicación) donde forman nuevos virus que infectan más células que causan la enfermedad», dijo el primer autor, el Dr. Soni Kaundal, asociado postdoctoral en el Departamento de Bioquímica y Molecular de Verna and Marrs McLean. Farmacología en Baylor en el laboratorio del Dr. BV Venkataram Prasad, autor correspondiente del trabajo.

«Sin embargo, se sabe poco sobre las fábricas de replicación del norovirus».

Cada vez hay más pruebas que demuestran que algunas fábricas de replicación normalmente no están separadas de su entorno por una membrana. En cambio, son condensados ​​biomoleculares, estructuras que se asemejan a una burbuja formada por la separación de fases líquido-líquido. Estos condensados ​​incorporan selectivamente proteínas y otros materiales necesarios para la replicación viral.

Los condensados ​​líquidos como fábricas de replicación se han estudiado ampliamente en otros virus, incluidos los de la rabia y el sarampión. En este estudio, los investigadores investigaron si el norovirus forma condensados ​​biomoleculares que sirven como centros de replicación.

«Sabíamos que estos condensados ​​a menudo son iniciados por una única proteína viral capaz de unirse al material genético, tener una región flexible y formar oligómeros, moléculas formadas por un pequeño número de unidades repetidas», dijo Kaundal.

El equipo comenzó su investigación aplicando análisis bioinformáticos para identificar las proteínas de norovirus que presentarían las características que probablemente condujeran a la formación de condensados ​​líquidos.

«Trabajando con la cepa pandémica de norovirus humano GII.4, la responsable de causar la mayoría de los casos de gastroenteritis en todo el mundo, descubrimos que la ARN polimerasa dependiente de ARN tiene la mayor propensión a formar condensados ​​biomoleculares», dijo Kaundal.

«Esta proteína tiene una región flexible, puede formar oligómeros, se une al ARN, el material genético del norovirus, y desempeña un papel esencial durante la replicación viral, haciendo copias del ARN viral. Todas estas características nos llevaron a probar experimentalmente si el ARN GII.4 La polimerasa impulsa la formación de condensados ​​biomoleculares que conducen a la replicación viral».

«Nuestros estudios experimentales muestran que la ARN polimerasa GII.4 forma condensados ​​similares a líquidos altamente dinámicos en condiciones fisiológicamente relevantes en el laboratorio y que la región flexible de esta proteína es crítica para este proceso», dijo Prasad, profesor de virología molecular y microbiología. y Cátedra Alvin Romansky de Bioquímica en Baylor.

Prasad también es miembro del Centro Oncológico Integral Dan L Duncan de Baylor. «Además, los condensados ​​son estructuras muy dinámicas: varios pueden fusionarse formando una estructura más grande, o pueden dividirse en otras más pequeñas; también se mueven dentro de la célula, intercambiando materiales con su entorno».

A continuación, los investigadores investigaron si estos condensados ​​similares a líquidos también se forman en células intestinales humanas infectadas con norovirus.

Hasta hace poco, estudiar cómo se replica el norovirus dentro de las células ha sido difícil porque los investigadores carecían de un sistema biológico eficaz para cultivar el virus en el laboratorio. Pero en 2016, el laboratorio de la Dra. Mary Estes en Baylor y sus colegas lograron cultivar cepas de norovirus humanos en cultivos de enteroides intestinales humanos.

También conocidos como mini-intestinos, estos cultivos son un modelo de laboratorio del tracto gastrointestinal humano que recapitula su complejidad, diversidad y fisiología celular. Los enteroides humanos imitan los patrones de infección del virus huésped de una cepa específica, lo que los convierte en un sistema ideal para diseccionar la infección por norovirus humano, como en el estudio actual, para identificar los requisitos de crecimiento específicos de la cepa y desarrollar y probar tratamientos y vacunas.

«Demostramos que se forman condensados ​​líquidos en cultivos de enteroides intestinales humanos infectados con norovirus humanos, así como en la línea celular humana HEK293T cultivada en el laboratorio. Proponemos que estos condensados ​​sean centros de replicación del norovirus humano, una solución elegante a la «Es una pregunta desconcertante cómo la traducción asistida por ribosomas del genoma viral se separa de su replicación por la polimerasa viral en virus de ARN de cadena positiva», dijo Prasad.

«Nuestro análisis bioinformático también mostró que las ARN polimerasas de casi todas las cepas de norovirus tienen una alta propensión a formar estas fábricas de replicación, lo que sugiere que este puede ser un fenómeno común a la mayoría de los norovirus».

«Este es un artículo notable, y me alegré de que pudiéramos validar los hallazgos en células infectadas por virus utilizando nuestro sistema de cultivo de enteroides intestinales humanos para norovirus humanos», dijo Estes, profesor de servicio distinguido y catedrático de virología molecular y microbiología de la Fundación Cullen en Baylor.

Estes también es codirector del núcleo de Sistemas de Modelos Experimentales Gastrointestinales del Centro de Enfermedades Digestivas del Centro Médico de Texas y miembro del Centro Oncológico Integral Dan L Duncan de Baylor.

Los hallazgos no sólo proporcionan nuevos conocimientos sobre la replicación del norovirus humano, sino que también abren nuevos objetivos para diseñar antivirales para las infecciones por norovirus humanos, que siguen siendo una grave amenaza en niños y pacientes inmunocomprometidos.

Otros contribuyentes a este trabajo incluyen a Ramakrishnan Anish, B. Vijayalakshmi Ayyar, Sreejesh Shanker, Gundeep Kaur, Sue E. Crawford, Jeroen Pollet y Fabio Stossi.