Strukturel indsigt i det indre virke i en viral nanomaskin

Forskere ved Virginia Tech Carilion Research Institute (VTCRI) bruger nye nanoskala -billeddannelsesmetoder til at kaste lys over de dynamiske aktiviteter i rotavirus, vigtige patogener, der forårsager livstruende diarré hos små børn. Når et rotavirus kommer ind i en værtscelle, det fælder sit yderste proteinlag, efterlader en dobbeltlagspartikel (DLP). Disse DLP'er er formen af ​​den virus, der producerer messenger -RNA -molekyler, som er kritiske for at starte infektionen.

Forskere, Deborah Kelly, Ph.d. og Sarah McDonald, Ph.d., begge adjunkter på VTCRI, erhvervede molekylære øjebliksbilleder af rotavirus DLP'er, midt i produktionen af ​​viralt RNA, ved hjælp af kryo-elektronmikroskopi (kryo-EM). Teamet, der udførte arbejdet, omfattede også tredjeårs medicinstuderende, Joanna Kam og Andrew Demmert, fra Virginia Tech Carilion School of Medicine, og postdoktor, Justin Tanner, Ph.d.

For at få det bedst mulige overblik over nanoskala -detaljerne for aktive rotavirus -DLP'er, Kelly udviklede en teknik, der tillod visualisering af ændringer i den yderste skal. I forbindelse med nye beregningsmetoder, forskerne var også i stand til at opdage de interne funktioner i DLP'erne, som ikke tidligere var blevet observeret. Interessant nok, de interne DLP -funktioner ændret sig på en måde, der svarede til observerbare forskelle i niveauer af viral messenger -RNA -produktion.

Disse fund giver ny strukturel indsigt i mekanikken ved rotavirus -RNA -syntese, som igen kan give oplysninger om, hvordan denne virale proces foregår ved værtscelleinfektion. Resultaterne vises i den seneste udgave af tidsskriftet Teknologi .

"Det bemærkelsesværdige ved denne undersøgelse er, at vi var i stand til at se forskellige niveauer af kompleksitet inde i DLP'erne, der korrelerede med viral RNA -syntese, "sagde Kelly." Da vira var aktive, deres ydre strukturer bevægede sig dynamisk, på en måde, der blev mindre organiseret. Samtidig med at stærke træk i deres indre kerner bliver mere fremtrædende. "

En vigtig innovativ tilgang, der blev brugt af Kelly -laboratoriet, har givet mulighed for at se et bredere spektrum af virale strukturer. Ved at undersøge DLP'erne, der er knyttet til antistoffer på en stabil gitteroverflade, forskere var i stand til at se nanomaskinerne cykle gennem deres naturlige processer.

Kelly og McDonald brugte også en ny computeralgoritme til at kategorisere DLP'erne, uafhængigt, hvilket undgik bruger-bias i de eksperimentelle beregninger. Den statistisk baserede beregningsmetode klassificerede prøverne baseret på niveauer af RNA-produktion. Resultaterne viste klart, at rotavirus DLP'er med et mindre organiseret ydre proteinlag havde flere solide detaljer i deres indre kerner. Disse DLP'er blev også fundet i cryo-EM-billederne for at være i nærheden af ​​flere RNA-tråde.

"I mange år har forskere været optaget af resultater i højere opløsning og har ikke lagt særlig vægt på den subtile mangfoldighed, der findes i virusprøver, "sagde McDonald, som også er adjunkt i biomedicinsk videnskab og patobiologi ved Virginia – Maryland Regional College of Veterinary Medicine. "Men den mangfoldighed kan være tegn på, hvordan vira rent faktisk fungerer inde i celler. De er ikke statiske, men dynamisk i naturen. "

"Det er lidt modstridende, "sagde Kelly, som også er adjunkt i biologiske videnskaber ved Virginia Tech's College of Sciences. "Du kan forestille dig det, hvis biologiske dele bevæger sig rundt, så ville funktioner forsvinde. Når disse omlægninger sker i et så begrænset rum, imidlertid, det kan potentielt føre til et højere organisationsniveau. Og de koordinerede ændringer på ydersiden af ​​vira ser ud til at muliggøre disse processer. "

Ifølge Kelly, disse resultater giver ny indsigt i RNA -syntetiske processer ved rotavirus og kan vise sig nyttige i vores forståelse af viral biologi generelt. Forbedring af vores forståelse af rotavirus indre funktion, tilføjede hun, kan også give nye mål for udviklingen af ​​behandlinger for viralinducerede diarrésygdomme.