کشف راز مراکز تکثیر ویروس نوروی انسانی

کشف هاب‌های تکثیر برای نورویروس انسانی

نورویروس انسانی، یک ویروس RNA با رشته مثبت است که عامل اصلی گاستروانتریت ویروسی به شمار می‌رود و سالانه حدود ۶۸۵ میلیون مورد و تقریباً ۲۱۲,۰۰۰ مرگ و میر در سطح جهانی به آن نسبت داده می‌شود. این ویروس هیچ واکسن یا داروی ضد ویروسی تأیید شده‌ای ندارد. محققان کالج پزشکی بیلور و مرکز سرطان ام‌دی اندرسون دانشگاه تگزاس در مقاله‌ای که در Science Advances منتشر شده، از کشف هاب‌های تکثیر برای نورویروس انسانی خبر می‌دهند که می‌تواند به طراحی داروهای ضد ویروسی برای پیشگیری، کنترل یا درمان این عفونت‌ها منجر شود.

دکتر سونی کاندال، نویسنده اول این مقاله و پژوهشگر پسادکتری در دپارتمان بیوشیمی و داروسازی مولکولی بیلور، در آزمایشگاه دکتر بی. وی. ونکاتارام پراساد، نویسنده مسئول این تحقیق، گفت: “زمانی که ویروس‌ها سلول‌ها را آلوده می‌کنند، محفظه‌های تخصصی به نام کارخانه‌های تکثیر ایجاد می‌کنند که ویروس‌های جدیدی در آن‌ها تشکیل می‌شود و سلول‌های بیشتری را آلوده کرده و باعث بیماری می‌شوند.” او افزود: “با این حال، اطلاعات کمی در مورد کارخانه‌های تکثیر نورویروس وجود دارد. شواهد فزاینده‌ای نشان می‌دهد که برخی از کارخانه‌های تکثیر معمولاً توسط یک غشای جداساز از محیط اطراف خود جدا نمی‌شوند و در عوض، کاندنسات‌های بیومولکولی هستند که ساختارهایی شبیه به حباب دارند و از جداسازی فاز مایع-مایع تشکیل شده‌اند. این کاندنسات‌ها به طور انتخابی پروتئین‌ها و مواد لازم برای تکثیر ویروسی را جذب می‌کنند.”

کاندال ادامه داد: “کاندنسات‌های مایع به عنوان کارخانه‌های تکثیر در ویروس‌های دیگری مانند ویروس‌های هاری و سرخک به‌طور گسترده‌ای مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. در این مطالعه، محققان بررسی کردند که آیا نورویروس کاندنسات‌های بیومولکولی را تشکیل می‌دهد که به عنوان هاب‌های تکثیر عمل کنند.” او اضافه کرد: “ما می‌دانستیم که این کاندنسات‌ها معمولاً توسط یک پروتئین ویروسی واحد که قادر به اتصال به ماده ژنتیکی است، شروع می‌شوند و دارای ناحیه‌ای انعطاف‌پذیر و تشکیل الیگومرها هستند، مولکول‌هایی که از تعداد کمی واحد تکراری ساخته شده‌اند.”

این تیم تحقیقاتی با استفاده از تحلیل‌های بیوانفورماتیکی شروع به شناسایی پروتئین‌های نورویروس کردند که ویژگی‌هایی داشتند که احتمالاً منجر به تشکیل کاندنسات‌های مایع می‌شد. کاندال گفت: “با کار بر روی سویه پاندمی نورویروس انسانی GII.4، که مسئول بیشتر موارد گاستروانتریت در سراسر جهان است، متوجه شدیم که RNA-dependent RNA polymerase بالاترین تمایل را برای تشکیل کاندنسات‌های بیومولکولی دارد.” او افزود: “این پروتئین دارای یک ناحیه انعطاف‌پذیر است که می‌تواند الیگومرها را تشکیل دهد، به RNA، ماده ژنتیکی نورویروس، متصل می‌شود و نقش اساسی در تکثیر ویروسی با ساخت نسخه‌های RNA ایفا می‌کند. تمام این ویژگی‌ها ما را به آزمایش تجربی اینکه آیا RNA polymerase GII.4 باعث تشکیل کاندنسات‌های بیومولکولی مناسب برای تکثیر ویروسی می‌شود، ترغیب کرد.”

دکتر پراساد، استاد ویروس‌شناسی مولکولی و میکروبیولوژی و رئیس کرسی بیوشیمی در بیلور، گفت: “مطالعات تجربی ما نشان می‌دهد که RNA polymerase GII.4 واقعاً کاندنسات‌های مایع‌مانند بسیار پویایی را در شرایط فیزیولوژیکی مرتبط در آزمایشگاه تشکیل می‌دهد و ناحیه انعطاف‌پذیر این پروتئین برای این فرآیند حیاتی است.” پراساد همچنین عضو مرکز جامع سرطان دان ال دانکن بیلور است.

تحقیقات جدید دربارهٔ تشکیل کندانس‌های مایع در سلول‌های روده‌ای انسان آلوده به نورویروس

علاوه بر این، کندانس‌ها ساختارهای بسیار پویایی هستند؛ چندین کندانس می‌توانند با هم ادغام شده و ساختار بزرگ‌تری تشکیل دهند یا به واحدهای کوچکتر تقسیم شوند. همچنین، این کندانس‌ها درون سلول حرکت کرده و با محیط اطراف خود مواد را مبادله می‌کنند.

سپس، محققان بررسی کردند که آیا این کندانس‌های شبیه مایع نیز در سلول‌های روده‌ای انسان آلوده به نورویروس انسانی تشکیل می‌شوند یا خیر. تا به حال، مطالعه در مورد چگونگی تکثیر نورویروس درون سلول‌ها دشوار بود؛ زیرا محققان یک سیستم زیستی مؤثر برای رشد ویروس در آزمایشگاه نداشتند. اما در سال ۲۰۱۶، آزمایشگاه دکتر ماری استس در بایلور و همکارانش موفق به کشت سویه‌های نورویروس انسانی در کشت‌های انتروئید روده‌ای انسان شدند. این کشت‌ها که به عنوان «روده‌های کوچک» نیز شناخته می‌شوند، مدل آزمایشگاهی از دستگاه گوارش انسان هستند که پیچیدگی، تنوع و فیزیولوژی سلولی آن را بازسازی می‌کنند.

انتروئیدهای انسانی الگوهای عفونت خاص سویه‌ها را شبیه‌سازی کرده و این امر آن‌ها را به یک سیستم ایده‌آل برای تجزیه و تحلیل عفونت نورویروس انسانی تبدیل می‌کند. این مطالعه به شناسایی نیازهای خاص رشد سویه‌ها و توسعه و آزمایش درمان‌ها و واکسن‌ها کمک می‌کند. دکتر پرساد گفت: “ما نشان دادیم که کندانس‌های شبیه مایع در کشت‌های انتروئید روده‌ای انسان آلوده به نورویروس انسانی و همچنین در خط سلولی HEK293T انسان که در آزمایشگاه رشد داده شده است، تشکیل می‌شوند. ما پیشنهاد می‌کنیم که این کندانس‌ها مراکز تکثیر نورویروس انسانی هستند، که پاسخ زیبایی به سوال پیچیده‌ای است که چگونه ترجمهٔ ژنوم ویروسی با کمک ریبوزوم از تکثیر آن توسط پلی‌مراز ویروسی در ویروس‌های RNA مثبت‌ساز جدا می‌شود.”

او افزود: “تحلیل بیوانفورماتیک ما همچنین نشان داد که پلی‌مرازهای RNA تقریباً تمام سویه‌های نورویروس تمایل بالایی به تشکیل این کارخانه‌های تکثیر دارند، که نشان می‌دهد این ممکن است یک پدیده رایج در اکثر نورویروس‌ها باشد.”

استس، استاد خدمات ممتاز و رئیس کرسی بنیاد کالن در ویروس‌شناسی مولکولی و میکروبیولوژی در بایلور، گفت: “این یک مقاله شگفت‌انگیز است و خوشحالم که توانستیم یافته‌ها را در سلول‌های آلوده به ویروس با استفاده از سیستم کشت انتروئید روده‌ای انسان برای نورویروس انسانی تأیید کنیم.” استس همچنین همکار مدیر سیستم‌های مدل تجربی دستگاه گوارش در مرکز بیماری‌های گوارشی پزشکی تگزاس و عضو مرکز سرطان جامع دن ال دانکن بایلور است.

یافته‌ها نه تنها بینش جدیدی در مورد تکثیر نورویروس انسانی ارائه می‌دهند، بلکه اهداف جدیدی برای طراحی داروهای ضد ویروسی برای عفونت‌های نورویروس انسانی که همچنان تهدید جدی برای کودکان و بیماران دارای نقص ایمنی هستند، باز می‌کنند. سایر همکاران این تحقیق شامل راماکریشنان آنیش، بی. ویجایالکشمی آیار، سریجش شانکر، گوندیپ کائور، سو ای. کرافورد، یرون پولت و فابیو استوسی هستند. نویسندگان با کالج پزشکی بیلور و مرکز سرطان ام‌دی اندرسون دانشگاه تگزاس همکاری دارند. حمایت از این پروژه توسط گرنت NIH P01 AI057788، گرنت بنیاد رابرت ولچ Q1279، مرکز میکروسکوپی پیشرفته و اطلاعات تصویری (گرنت CPRIT RP170719)، هسته میکروسکوپی یکپارچه در کالج پزشکی بیلور (گرنت‌های NIH: DK56338، CA125123، ES030285 و S10OD030414) و گرنت CPRIT RR160029 تأمین شده است.