Οι ιοί βρίσκουν έναν νέο τρόπο για να κλέβουν κύτταρα
Οι ιοί ταξιδεύουν φως. Οι περισσότεροι φέρουν μόνο το γενετικό τους υλικό και λίγα εργαλεία για να εισχωρήσουν στα κύτταρα των ξενιστών τους – μετά από αυτό, κλέβουν τον μηχανισμό του ίδιου του ξενιστή για να κατασκευάσουν χιλιάδες αντίγραφα του εαυτού τους. Τις τελευταίες δεκαετίες, οι βιολόγοι έχουν αποκτήσει μια σαφέστερη εικόνα για το πώς γίνεται αυτή η ληστεία. Πολλοί ιοί, όπως φαίνεται, καταστέλλουν τα μηνύματα που στέλνουν τα κύτταρα για να ελέγχουν τις καθημερινές τους λειτουργίες. Αυτή η παρέμβαση πληροφοριών τερματίζει ορισμένες κυτταρικές λειτουργίες που δεν χρειάζεται ο επιτιθέμενος ιός και ενισχύει άλλες.
Αλλά ορισμένοι ιοί κάνουν κάτι πιο λεπτό και πιο περίπλοκο, όπως ανέφεραν πρόσφατα βιολόγοι στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο. Οι επιστήμονες εξέτασαν κύτταρα μολυσμένα με κυτταρομεγαλοϊό, μια κοινή αιτία γενετικών ανωμαλιών. Η μόλυνση από CMV δεν εμποδίζει τα κυτταρικά μηνύματα. Αντίθετα, αλλάζει το περιεχόμενό τους, διαπίστωσε η ομάδα. Σε μια νέα εργασία στο Nature Structural and Molecular Biology , περιγράφουν λεπτομερώς χιλιάδες αλλαγές σε αυτές τις επικοινωνίες κεντρικού υπολογιστή, οι οποίες μπορεί να είναι ο ψιθυριστής του ιού για την αναδιαμόρφωση του κυττάρου.
Για να κατανοήσετε τη σημασία αυτού που συμβαίνει εδώ, εξετάστε πρώτα πώς λειτουργεί κανονικά το κύτταρο. Στο επίκεντρο της όλης υπόθεσης βρίσκεται το DNA - ένα είδος βιβλίου κωδικών με οδηγίες για το πώς να φτιάξετε τα πάντα στο κύτταρο - το οποίο φυλάσσεται κλειδωμένο στον πυρήνα. Όταν το κύτταρο χρειάζεται να παράγει μια πρωτεΐνη, το σχετικό τμήμα του DNA μεταγράφεται. Αυτό το αντίγραφο, που ονομάζεται αγγελιοφόρο RNA, αφήνει τον πυρήνα και κατευθύνεται στον μηχανισμό που θα το χρησιμοποιήσει ως πρότυπο για την παραγωγή της νέας πρωτεΐνης.
Αλλά στην πορεία, το RNA μπορεί να επεξεργαστεί με διάφορους τρόπους. Μπορεί να αποκτήσει ετικέτες που δίνουν επιπλέον οδηγίες για το πώς να το χειριστείτε. Μπορεί να έχει κομμένα εξαρτήματα. μπορεί να κερδίσει ή να χάσει τελικά κομμάτια που καθιστούν ευκολότερη ή δυσκολότερη τη χρήση. Με τον κανονικό τρόπο των πραγμάτων, το κύτταρο χρησιμοποιεί όλες αυτές τις στρατηγικές για να ελέγξει τις δικές του λειτουργίες. Στην πραγματικότητα, η αλλαγή αυτών των μηνυμάτων RNA, έτσι ώστε διαφορετικές εκδόσεις πρωτεϊνών να παράγονται σε διαφορετικούς χρόνους, είναι το κλειδί για τη διαδικασία ανάπτυξης. Το ίδιο γονίδιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία μιας εκδοχής μιας πρωτεΐνης σε ανθρώπινο έμβρυο και μιας διαφορετικής εκδοχής σε έναν ενήλικα.
Αλλά όπως συμβαίνει με τόσα πολλά πράγματα, όταν αυτά τα εργαλεία βρίσκονται υπό τον έλεγχο ενός εχθρού, είναι μια διαφορετική ιστορία. Ένας ιός που μπορεί να επεξεργαστεί τα μηνύματα RNA ενός ξενιστή θα είναι σε θέση να δημιουργήσει εκδόσεις πρωτεϊνών που ευνοούν τους στόχους ενός ιού, χωρίς να χρειάζεται ποτέ να εισχωρήσει στον πυρήνα. Και επειδή ο CMV είναι γνωστό ότι είναι κάπως περίεργος - είναι ένας από εκείνους τους ιούς που δεν καταστέλλουν τα μηνύματα των ξενιστών όπως πολλοί άλλοι - η ομάδα UCSD, με επικεφαλής τον Gene Yeo, έναν μοριακό βιολόγο, και την Deborah Spector, μια ιολόγο, αποφάσισε να δει αν έκανε κάτι άλλο στο RNA του ξενιστή.
Πρώτον, η ομάδα μόλυνε ανθρώπινα κύτταρα με CMV. Στη συνέχεια εξήγαγαν το RNA που παρήγαγαν τα κύτταρα σε διαφορετικά χρονικά σημεία κατά τη διάρκεια της μόλυνσης. Οι εξαγωγές αποκάλυψαν το άθροισμα της φλυαρίας μεταξύ του πυρήνα και του μηχανήματος παραγωγής πρωτεϊνών. Έψαξαν να δουν πόσες επεξεργασίες - επιπλέον ετικέτες, αλλαγμένα τελικά κομμάτια και ούτω καθεξής - υπήρχαν, σε σύγκριση με υγιή, κύτταρα ελέγχου. Και ενώ τα πρώτα στάδια της μόλυνσης δεν έδειξαν δραματικές διαφορές, τα τελευταία στάδια, όταν τα μολυσμένα κύτταρα ετοιμάζονταν να εκραγούν και να απελευθερώσουν τόνους νέων ιών, ήταν μια διαφορετική ιστορία.
Αυτά τα κύτταρα έδειξαν περισσότερες από 2.500 αλλοιώσεις που δεν εμφανίστηκαν στους ελέγχους, αριθμός που εξέπληξε τον Ron Batra, τον ερευνητή του UCSD που είναι ο πρώτος συγγραφέας της εργασίας και έχει μελετήσει ασθένειες που περιλαμβάνουν αλλαγές RNA. Αν και δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι ένας ιός κάνει τέτοιες αλλαγές - σε τελική ανάλυση, ο στόχος είναι να καταλάβει το κύτταρο, και οι ιολόγοι γνώριζαν για μεμονωμένες περιπτώσεις αυτών των αλλαγών εδώ και αρκετό καιρό - ο αριθμός των τροποποιήσεων ήταν εντυπωσιακός. Αυτές είναι τόσες αλλαγές από το φυσιολογικό όσες μπορεί να παρατηρηθούν σε ορισμένους καρκίνους ή ALS, είπε. Ακόμη και εκατό αλλαγές «είναι αρκετές για να αλλάξουν κατά πολύ την αρχιτεκτονική του κελιού», σημείωσε. "Σε ορισμένες ασθένειες αυτό είναι αρκετό για να σκοτώσει το κύτταρο."
Η ομάδα αναζήτησε τα ερεθίσματα των αλλαγών εντοπίζοντας πρωτεΐνες που είναι γνωστό ότι μεταβάλλουν το RNA. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ένα συγκεκριμένα, που ονομάζεται CPEB1, ήταν επίσης παρόν σε πολύ υψηλά επίπεδα σε μολυσμένα κύτταρα. Το CPEB1 παράγεται σε χαμηλά επίπεδα από ανθρώπινα κύτταρα κανονικά και η δουλειά του είναι να κάνει τροποποιήσεις στο RNA του κυττάρου. Αλλά όταν φτάνει το CMV, οι αριθμοί του CPEB1 ανεβαίνουν πολύ. Τα επίπεδα CPEB1 είναι αξιοσημείωτα, είπε η Joan Steitz, βιοχημικός στο Πανεπιστήμιο Yale που υπήρξε πρωτοπόρος στη μελέτη του RNA. Είπε ότι ενώ είναι συνήθως δύσπιστη ως προς τους ισχυρισμούς ότι οι μέτριες αλλαγές στα επίπεδα πρωτεΐνης είναι σημάδι κάτι σημαντικό, αυτή η μελέτη δείχνει ότι τα μολυσμένα κύτταρα έχουν 30 φορές την κανονική ποσότητα CPEB1. «Εννοώ, αυτό είναι τεράστιο », τόνισε η ίδια. "Λοιπόν κάτι συμβαίνει εδώ."
Για να δει τι έκανε αυτή η περίσσεια CPEB1, η ομάδα πρόσθεσε μερικά σε υγιή κύτταρα. Αυτά τα κύτταρα συνέχισαν να αναπτύσσουν πολλές αλλοιώσεις που παρατηρήθηκαν στα μολυσμένα αδέρφια τους. Στη συνέχεια, οι ερευνητές πήραν μολυσμένα κύτταρα και μείωσαν τεχνητά τα επίπεδα CPEB1 τους. Ο αριθμός των ιών στα κύτταρα έπεσε κατακόρυφα, και τα κύτταρα έμοιαζαν επίσης πιο υγιή. δεν είχαν την πρησμένη, βολβώδη εμφάνιση της λοίμωξης στο τελευταίο στάδιο. Παρόμοια πειράματα με λίγες σχετικές πρωτεΐνες δεν είχαν τα ίδια αποτελέσματα. "Ο ιός είναι ανάπηρος εκτός εάν έχει CPEB1", είπε ο Yeo, "στο κύτταρο ξενιστή στο επίπεδο που χρειάζεται."
Ποια είναι, λοιπόν, ακριβώς η σχέση μεταξύ του ιού και αυτής της πρωτεΐνης; Είναι ακόμα ασαφές. Το CPEB1 είναι γνωστό ότι τροποποιεί το RNA. Αλλά το CMV χρησιμοποιεί πραγματικά το CPEB1 για να επεξεργαστεί το RNA για να χειραγωγήσει το κύτταρο για να δημιουργήσει ειδικές εκδόσεις πρωτεϊνών ξενιστή που ωφελούν άμεσα τον ιό - για παράδειγμα, ανοσοποιητικές πρωτεΐνες που θα τον αφήσουν ήσυχο ή συσκευάζοντας πρωτεΐνες που έχουν ακριβώς το μέγεθός του; Ή μήπως ο ιός αυξάνει τα επίπεδα του CPEB1 επειδή χρειάζεται την πρωτεΐνη ως μέρος της διαδικασίας αυτοσυντήρησής του και όλες αυτές οι αλλαγές στον ξενιστή είναι υποπροϊόν;
Με την πρώτη ματιά, φαίνεται ότι πολλές από τις πρωτεΐνες που έχουν αλλοιωθεί από τη μόλυνση από CMV περιλαμβάνουν κυτταρική συσκευασία, η οποία ταιριάζει με την ιδέα ότι το CPEB1 μπορεί να αναπλάθει το κύτταρο προς όφελος του ιού. Αλλά για να μάθουν αν αυτό συμβαίνει πραγματικά, οι ερευνητές θα πρέπει να εξετάσουν πιο προσεκτικά τι ακριβώς είναι οι τροποποιήσεις και πώς αλλάζουν αυτό που κάνει το κύτταρο ξενιστή.
Υπάρχει πληθώρα πιθανών μελετών παρακολούθησης, είπε η Britt Glaunsinger, καθηγήτρια στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ, η οποία μελετά σχετικούς ιούς. "Εάν είναι σε θέση να παρακολουθήσουν, ή εάν άλλοι άνθρωποι - ακόμα καλύτερα - είναι σε θέση να παρακολουθήσουν μηχανιστικά και να λάβουν μερικές από τις πιο λεπτές λεπτομέρειες", είπε ο Glaunsinger, "τότε αυτό θα μας πει."
Αλλά η εξέταση των μηνυμάτων του κυττάρου και των πρωτεϊνών που τα χειρίζονται είναι μια πολλά υποσχόμενη στρατηγική, είπε ο Steitz, ο οποίος έχει μελετήσει πώς οι ιοί χρησιμοποιούν τέτοιες πρωτεΐνες. «Υπάρχουν χιλιάδες πρωτεΐνες που δεσμεύουν το RNA», είπε. «Είναι πραγματικά σημαντικά για τη ζωή του αγγελιοφόρου RNA». Και το πώς ερμηνεύεται αυτό το RNA μπορεί να κάνει τη διαφορά μεταξύ ενός υγιούς κυττάρου και ενός άρρωστου κυττάρου. Από την οπτική γωνία ενός ιού, αυτά τα μηνύματα που ταξιδεύουν μέσα από το κύτταρο, ώριμα για εύκολη επεξεργασία και οι μυριάδες πρωτεΐνες που μπορούν να τα αλλάξουν, είναι πιθανότατα ένας πρωταρχικός τρόπος για να επιτευχθούν οι στόχοι τους. Στην πραγματικότητα, η ομάδα UCSD βρήκε επίσης επανασχεδιασμένα μηνύματα κυττάρου ξενιστή που είχαν μολυνθεί με τον ιό του απλού έρπητα-2, ο οποίος σχετίζεται με τον CMV. Το CPEB1 δεν φαινόταν να εμπλέκεται σε αυτές τις περιπτώσεις, αλλά πολλές πρωτεΐνες ξενιστές θα μπορούσαν να τεθούν σε δράση για να πραγματοποιήσουν αυτές τις αλλαγές.
«Είναι απλώς ένα άλλο παράδειγμα ενός ιού που εισέρχεται και στοχεύει μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη που στη συνέχεια έχει μια βαθιά επίδραση τόσο στα δικά του ιικά RNA όσο και στα RNA του ξενιστή και αποτελεί μέρος ολόκληρου του σχεδίου καταστροφής του ιού», είπε ο Steitz. "Αυτό που είναι τόσο συναρπαστικό είναι ότι διαφορετικοί ιοί το κάνουν με ελαφρώς διαφορετικούς τρόπους."
Με όλες τις πρωτεΐνες που δεσμεύουν το RNA πιθανώς στη διάθεση ενός ιού, οι εχθροί μας μπορεί να κάνουν βαθιές αναθεωρήσεις στα μηνύματα των κυττάρων μας - αλλά μόνο ο χρόνος και η περισσότερη δουλειά θα δείξει με βεβαιότητα. Η Steitz είναι περίεργη εάν υψηλά επίπεδα CPEB1 θα εμφανιστούν σε κάποιον από τους ιούς του έρπητα που μελετά. Είναι άλλο ένα προβάδισμα που πρέπει να ακολουθήσουμε στη συνεχώς μεταβαλλόμενη περίπτωση εξαγοράς από ιούς.
