Molekylær virolog bekæmper influenza på molekylært niveau

Molekylær virolog Chad Petit, Ph.d., bruger grundvidenskab til at bekæmpe influenza - gennem forsøg på atomniveau.

Dette inkluderer en dødelig fjerkræinfluenzavirus i Kina kaldet H7N9 aviær influenzavirus. Siden 2013 har H7N9 har inficeret 1, 625 mennesker, dræber 623. Selvom det ikke er meget smitsomt for mennesker, kun tre mutationer kunne ændre det, gør H7N9 til den frygtede sygdom X, udtrykket sundhedseksperter bruger om den næste ukendte årsag til en verdensomspændende epidemi.

I forskning for at forbedre influenzabehandlinger mod H7N9 og andre influenzastammer, Petit og hans University of Alabama i Birmingham-kolleger har detaljeret bindingsstedet og inhiberingsmekanismen for to eksperimentelle hæmmere af influenzavirus med små molekyler. Deres rapport er offentliggjort i Journal of Biological Chemistry .

De to eksperimentelle hæmmere undersøgt af Petit, en UAB -adjunkt i biokemi og molekylær genetik, er små molekyler, hvis præcise virkningsmekanisme var ukendt. Inhibitorerne målretter funktionen af ​​et vigtigt influenzaprotein kaldet NS1, som har flere roller til at blokere kroppens immunrespons under influenzainfektion. Dermed, NS1 er afgørende for influenzavirusets overlevelse og tilpasningsevne.

Petit og kolleger brugte nuklear magnetisk resonans, eller NMR, spektroskopi for at undersøge interaktioner mellem inhibitorerne og NS1. De viste først, at inhibitorerne - kaldet A9 og A22 - interagerede med kun et af de to uafhængigt foldede domæner i NS1, NS1 -effektordomænet.

Forskerne bemærkede, at strukturerne af begge småmolekylehæmmere lignede meget et fragment af et værtprotein kaldet CPSF30, som NS1-effektordomænet binder for at kortslutte kroppens immunrespons. Derfor, forskerne antog, at A9 og A22 blokerer influenzavirusreplikation og blokerer NS1 -funktion ved at forstyrre interaktionen mellem NS1 -effektordomænet og CPSF30.

NMR -data afslørede de særlige aminosyrer i NS1 -effektordomænet, der er involveret i inhibitorbinding. Forskerne - ved hjælp af to signifikant forskellige NS1 -proteiner fra forskellige influenzastammer, herunder H7N9 -stammen - viste, at lignende sekvenser af aminosyrer i de to NS1 -proteiner var involveret i inhibitorbinding.

Det "spanske" influenza NS1 -protein fra 1918

Udover den kinesiske H7N9 NS1, det andet testede NS1 -protein var NS1 -effektordomænet fra "spansk" influenza fra 1918, som inficerede en tredjedel af verdens befolkning for et århundrede siden og dræbte 50 millioner til 100 millioner mennesker.

UAB-forskerne brugte derefter røntgenkrystallografi, ledet af UAB Mikrobiologi assisterende professor Todd Green, Ph.d., at bestemme den tredimensionelle struktur af NS1-effektordomænet fra den "spanske" influenza fra 1918. Dette gav dem mulighed for at kortlægge A9/A22-bindingsstedet på den struktur, som bekræftede deres hypotese - A9 og A22 interagerer med den hydrofobe lomme af NS1 -effektordomæne, der vides at binde værtsproteinet CPSF30.

Krystallografidataene viste også, at NS1 -effektordomænet er i stand til at dimerisere, ved hjælp af en grænseflade, der er forskellig fra to andre kendte dimerer af NS1 -effektordomænet. Biologisk betydning af denne nye dimerform er ukendt.

"Alt i alt, vores fund giver stærke beviser for virkningsmekanismen for to anti-influenzaforbindelser, der er målrettet mod NS1, og resultaterne bidrager med væsentlig strukturel indsigt i NS1, som vi håber vil fremme og informere udviklingen og optimeringen af ​​influenzabehandlinger baseret på A9 og A22, "Sagde Petit.

Behovet for nye antivirale forbindelser er stort. Hvert år, influenzastammer dræber 250, 000 til 500, 000 mennesker verden over, og virussen er kendt for hurtige ændringer for at producere pandemiske stammer, som få mennesker har immunitet mod. Viral resistens har begrænset effektiviteten af ​​flere tidligere antivirale forbindelser, der blev udviklet til behandling af influenza.