Mutant protein kaster lys over viral formering

Nogle genetiske mutationer kan få en virus til at blomstre. Andre får virussen til at visne væk, ude af stand til at fungere normalt og formere sig. Endnu andre genetiske mutationer viser kun deres hånd under visse forhold.

Et sådant mutant protein, som fejler ved høje temperaturer, har givet forskere ved Virginia Tech Carilion Research Institute en bedre forståelse af rotavirus — en almindelig årsag til diarrésygdom hos spædbørn og børn.

Deres studie, som afslører hidtil ukendte funktionelle steder på et rotavirusprotein, blev for nylig offentliggjort i Journal of Virology .

Rotavirus inficerer hvert barn under fem år og kan forårsage dødelig dehydrering, hvis det ikke behandles korrekt.

Virussen har tre lag, med genetisk materiale og enzymer i centrum. Enzymerne, kaldet polymeraser, hjælpe med at kopiere virussens genetiske materiale. Detaljerne i denne proces er stort set forblevet et mysterium, begrænser forståelsen af ​​rotavirusbiologi.

For at belyse detaljerne i denne proces, Sarah McDonald, en assisterende professor ved Virginia Tech Carilion Research Institute, der ledede undersøgelsen, og hendes team brugte en stamme af rotavirus med en temperaturfølsom mutation i polymerasen. Når de udsættes for høje temperaturer, virussen er ikke i stand til at udbrede sig.

Ved at studere, hvordan denne mutation påvirker polymerasens adfærd ved høj temperatur, forskerne kan begynde at forbinde prikkerne af årsag og virkning mellem mutationen og proteinets adfærd.

"Når cellerne blev inkuberet ved lave temperaturer, mutant polymerase handles fint, " sagde McDonald. "Den enzymatiske aktivitet var den samme som det normale protein. Ved høje temperaturer, vi så en stor uoverensstemmelse mellem de to proteintyper. Dette gav biokemisk validering af, at temperaturfølsomheden, der er karakteristisk for denne virus, sandsynligvis er forårsaget af denne særlige mutation."

Ifølge McDonald, regionen omkring mutationen havde ingen kendt funktion for polymerasen. Endnu, når det muterede protein blev udsat for høje temperaturer, det kunne ikke interagere korrekt med andre proteiner, og det kunne heller ikke effektivt replikere det virale nukleinsyregenom.

Tidligere videnskabelige undersøgelser havde afsløret eksistensen af ​​den temperaturfølsomme mutation. Virginia Tech Carilion Research Institute-holdet var det første til at vise, hvordan mutationen kan forårsage virussens temperaturfølsomhed.

"Når du har en mutation, der forårsager en funktionel defekt i et protein, der er ofte ændringer i proteinets strukturelle dynamik – hvordan proteinet bevæger sig, " sagde McDonald, som også er assisterende professor ved Virginia-Maryland College of Veterinary Medicine.

For at forstå, hvordan mutationen kan have ændret polymerasens struktur, McDonald gik sammen med Leslie LaConte, en forskningsassistent professor ved Virginia Tech Carilion Research Institute. LaConte sammenlignede mutantproteinerne med normale proteiner med beregningssimuleringer af, hvordan proteinerne bevæger sig ved høje temperaturer.

Visningerne blev overlejret, og de mest dramatiske forskelle var på stedet for mutationen, samt et andet sted.

"Overraskende nok, vi fandt også mange ændringer i bevægelsen af ​​en meget distal løkke på polymerasen, som heller ikke har nogen kendt funktion, " sagde McDonald. "Det tyder på, at den oprindelige muterede region er vigtig, men at denne anden placering måske også er vigtig for polymerasens funktion og interaktion."

McDonald sagde, at de har fået en vis indsigt i rotavirusreplikation – at disse regioner er funktionelt vigtige – og der er stadig meget at afdække.

"Denne undersøgelse var en del af vores igangværende serie af eksperimenter for at undersøge strukturen og funktionen af ​​den virale polymerase og for at forstå, hvordan virussen replikerer inde i celler, " sagde McDonald.

McDonald bemærkede også, at både virale polymeraser og temperaturfølsomme vira er blevet brugt i årevis som videnskabelige værktøjer til at studere, hvordan vira fungerer. Oplysningerne fra dem i hendes teams aktuelle undersøgelser kan hjælpe med at informere om infektionsforebyggelse og behandling af rotavirus.