Primeros pasos del ensamblaje viral revelados por el rotavirus mutante de crecimiento lento diseñado genéticamente

Esta micrografía electrónica de transmisión (TEM) de partículas intactas de rotavirus. Crédito: CDC

El rotavirus es responsable de más de 130,000 muertes anuales en bebés y niños menores de cinco años. El virus causa diarrea severa y deshidratante, ya que se replica en las fábricas virales llamadas viroplasmas que se forman dentro de las células infectadas. Los viroplasmas han sido difíciles de estudiar porque normalmente se forman muy rápidamente, pero una observación fortuita llevó a los investigadores del Baylor College of Medicine a descubrir nuevas ideas sobre la formación de viroplasmas.

Los investigadores crearon un rotavirus mutante que inesperadamente se replicaba mucho más lento que el virus original, lo que les permite observar los primeros pasos del ensamblaje viral. Los hallazgos, publicados en el Journal of Virology, abre nuevas posibilidades para tratar y prevenir esta enfermedad viral y para comprender cómo funcionan las fábricas similares de otros virus.

“La formación de viroplasmas es indispensable para una infección exitosa por rotavirus. Se forman rápidamente dentro de las células infectadas y están hechas de proteínas virales y celulares que interactúan con las gotas de lípidos, pero los detalles de cómo se juntan las partes aún no están claros “, dijo la primera autora, la Dra. Jeanette M. Criglar, ex postdoctoral. aprendiz y ahora científico en el Departamento de Virología Molecular y Microbiología en Baylor en el laboratorio de la Dra. Mary Estes.

Para obtener nuevos conocimientos sobre la formación de viroplasmas, Criglar y sus colegas estudiaron NSP2, una de las proteínas virales que se requiere para que el virus se replique. Sin ella, no se formarían viroplasmas ni nuevos virus.

Como todas las proteínas, NSP2 está hecho de

Los aminoácidos son un conjunto de compuestos orgánicos utilizados para construir proteínas. Hay alrededor de 500 aminoácidos conocidos de origen natural, aunque solo 20 aparecen en el código genético. Las proteínas consisten en una o más cadenas de aminoácidos llamadas polipéptidos. La secuencia de la cadena de aminoácidos hace que el polipéptido se pliegue en una forma que es biológicamente activa. Las secuencias de aminoácidos de las proteínas están codificadas en los genes. Nueve aminoácidos proteinógenos se denominan “esenciales” para los humanos porque no pueden ser producidos a partir de otros compuestos por el cuerpo humano y, por lo tanto, deben tomarse como alimento.

‘class = “glossaryLink”> aminoácidos encadenados como cuentas en un collar. ‘Bead’ 313 es el amino ácido serina Es importante destacar que la serina 313 está fosforilada: tiene un grupo químico fosfato unido a ella. La fosforilación de proteínas es un mecanismo que usan las células para regular la actividad de las proteínas. Funciona como un interruptor de encendido y apagado, activando o desactivando una proteína. Aquí, los investigadores evaluaron el papel que desempeña la fosforilación de la serina 313 de NSP2 en la formación de viroplasma.

Un hallazgo fortuito

Utilizando un sistema de genética inversa recientemente desarrollado, Criglar y sus colegas generaron un rotavirus que portaba una proteína NSP2 con una mutación en el aminoácido 313, llamada mutación fosfomimética, al cambiar la serina a ácido aspártico. El nombre fosfomimético indica que la proteína mutante imita la proteína fosforilada en el rotavirus original. La genética inversa comienza con una proteína y funciona hacia atrás para producir el gen mutante, que luego forma parte del virus para estudiar la función de la proteína en el comportamiento viral.

“En experimentos de laboratorio, nuestra proteína mutante fosfomimética cristalizó más rápido que la original, en cuestión de horas en lugar de días”, dijo Criglar.

“Sorprendentemente, en comparación con el rotavirus no mutante, el virus fosfomimético tardó en producir viroplasmas y replicarse”.

“Esto no es lo que esperábamos. Pensamos que el rotavirus con la proteína mutante también se replicaría más rápido ”, dijo Estes, Presidente de la Fundación Cullen y Profesor del Servicio Distinguido de virología molecular y microbiología en Baylor. “Aprovechamos el retraso en la formación del viroplasma para observar eventos muy tempranos que han sido difíciles de estudiar”.

Primeros pasos: NSP2 y las gotas de lípidos se unen

Los investigadores descubrieron que uno de los primeros pasos en la formación del viroplasma es la asociación de NSP2 con gotas de lípidos, lo que indica que el NSP2 fosforilado solo en la posición 313 puede interactuar con las gotas, sin interactuar con otros componentes del viroplasma.

“Las gotas de lípidos son una parte esencial de los viroplasmas. Se sabe que el rotavirus induce a las células infectadas a producir las gotas, pero se desconoce cómo lo hace. Los nuevos hallazgos sugieren que el rotavirus puede estar usando NSP2 fosforilada para desencadenar la formación de gotas de lípidos.

“Fue muy emocionante ver que solo el cambio de un solo aminoácido en la proteína NSP2 afectó la replicación de todo el virus”, dijo Criglar. “El cambio fosfomimético alteró la dinámica de la replicación viral sin matar el virus. Podemos usar este rotavirus mutante para continuar investigando la secuencia de eventos que conducen a la formación de viroplasmas, incluida una pregunta de larga data en biología celular sobre cómo se forman las gotas de lípidos “.

“Este es el primer estudio en nuestro laboratorio que ha utilizado el sistema de genética inversa desarrollado para rotavirus por Kanai y sus colegas en Japón, y eso es muy emocionante para mí”, dijo Estes. “Ha habido muy pocos documentos que utilizan el sistema para hacer una pregunta biológica, y el nuestro es uno de ellos”.

Otros contribuyentes a este trabajo incluyen Sue E. Crawford, Boyang Zhao, Hunter G. Smith y Fabio Stossi, todos en Baylor.

Referencia: “Un mutante de fosforilación de rotavirus NSP2 genéticamente modificado afectado en la formación y replicación de viroplasma muestra una interacción temprana entre vNSP2 y las gotas de lípidos celulares” por Jeanette M. Criglar, Sue E. Crawford, Boyang Zhao, Hunter G. Smith, Fabio Stossi, Mary K. Estese, 27 de mayo de 2020, Journal of Virology.
DOI: 10.1128 / JVI.00972-20

Este trabajo fue apoyado principalmente por la beca R01 AI080656 de los Institutos Nacionales de Salud (NIH). El Advanced Technology Core Laboratories de Baylor brindó más apoyo, específicamente el Integrated Microscopy Core con fondos de NIH (DK56338, CA125123 y ES030285), CPRIT (RP150578, RP170719), el Centro Integral de Cáncer Dan L Duncan y el Golfo John S. Dunn Consorcio de la Costa para la Genómica Química.