کشف جایگاه‌های تکثیر ویروس نوروویروس انسان‌ها

کشف هاب‌های تکثیر ویروس نورویروس انسانی

ویروس نورویروس انسانی، یک ویروس RNA مثبت‌ساز است که عامل اصلی گاستروانتریت ویروسی محسوب می‌شود و به‌طور تخمینی سالانه ۶۸۵ میلیون مورد و حدود ۲۱۲,۰۰۰ مرگ در سطح جهانی به‌وجود می‌آورد. این ویروس هیچ واکسن یا داروی ضد ویروسی تأیید شده‌ای ندارد. محققان در کالج پزشکی بیلور و مرکز سرطان ام.دی. اندرسون دانشگاه تگزاس در مقاله‌ای که در Science Advances منتشر شده، از کشف هاب‌های تکثیر برای ویروس 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 تحقیق و پژوهشگر پسادکتری در دپارتمان بیوشیمی و داروشناسی مولکولی بیلور، در آزمایشگاه دکتر بی. وی. ونگاتارام پراساد، نویسنده مسئول این کار، گفت: “زمانی که ویروس‌ها سلول‌ها را آلوده می‌کنند، معمولاً محفظه‌های ویژه‌ای به نام کارخانه‌های تکثیر ایجاد می‌کنند که در آن‌ها ویروس‌های جدید تولید می‌شود و سلول‌های بیشتری را آلوده کرده و بیماری را ایجاد می‌کنند.” او افزود: “با این حال، اطلاعات کمی درباره کارخانه‌های تکثیر نورویروس وجود دارد. شواهد فزاینده‌ای نشان می‌دهد که برخی از این کارخانه‌ها معمولاً توسط غشای جداکننده از محیط اطراف خود جدا نمی‌شوند. در عوض، آن‌ها کاندنسات‌های بیومولکولی هستند، ساختارهایی شبیه به حباب که از جداسازی فاز مایع-مایع تشکیل می‌شوند. این کاندنسات‌ها به‌طور انتخابی پروتئین‌ها و مواد دیگر مورد نیاز برای تکثیر ویروسی را جذب می‌کنند.” او همچنین اشاره کرد که کاندنسات‌های مایع به‌عنوان کارخانه‌های تکثیر در سایر ویروس‌ها، از جمله 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 به‌عنوان هاب‌های تکثیر عمل می‌کنند. کاندال گفت: “ما می‌دانستیم که این کاندنسات‌ها معمولاً توسط یک پروتئین ویروسی واحد که قادر به اتصال به ماده ژنتیکی است، آغاز می‌شوند و دارای یک ناحیه انعطاف‌پذیر هستند و می‌توانند الیگومرها، مولکول‌هایی که از تعداد کمی واحد تکراری تشکیل شده‌اند، بسازند.” تیم تحقیقاتی با استفاده از تحلیل‌های بیوانفورماتیک شروع به شناسایی پروتئین‌های نورویروس کردند که ویژگی‌های لازم برای تشکیل کاندنسات‌های مایع را دارند.

کاندال ادامه داد: “با کار بر روی سویه پاندمی نورویروس انسانی GII.4، که مسئول بیشتر موارد گاستروانتریت در سراسر جهان است، متوجه شدیم که پلیمر RNA وابسته به RNA بالاترین تمایل را برای تشکیل کاندنسات‌های بیومولکولی دارد.” او افزود: “این پروتئین دارای یک ناحیه انعطاف‌پذیر است، می‌تواند الیگومرها را تشکیل دهد و به RNA، ماده ژنتیکی نورویروس، متصل می‌شود و نقش اساسی در تکثیر ویروسی ایفا می‌کند و نسخه‌هایی از RNA ویروسی تولید می‌کند. تمام این ویژگی‌ها ما را به آزمایش تجربی برانگیخت که آیا پلیمر RNA GII.4 تشکیل کاندنسات‌های بیومولکولی را که برای تکثیر ویروسی مناسب هستند، هدایت می‌کند.”

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

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

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

سپس، محققان بررسی کردند که آیا این کاندنسات‌های شبیه مایع در سلول‌های روده‌ای انسان آلوده به نورویروس انسانی نیز تشکیل می‌شوند یا خیر. تا به‌حال، مطالعه بر روی چگونگی تکثیر نورویروس درون سلول‌ها دشوار بود؛ زیرا محققان یک سیستم بیولوژیکی مؤثر برای رشد ویروس در آزمایشگاه نداشتند. اما در سال ۲۰۱۶، آزمایشگاه دکتر ماری استس در دانشگاه بیلور 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 بازتولید می‌کنند. انتروئیدهای انسانی الگوهای عفونت خاص سویه میزبان-ویروس را شبیه‌سازی می‌کنند و این امر آن‌ها را به یک سیستم ایده‌آل برای بررسی عفونت نورویروس انسانی تبدیل می‌کند. به همین دلیل، نیازهای رشد خاص سویه شناسایی و درمان‌ها و واکسن‌ها توسعه و آزمایش می‌شوند.

دکتر پراساد گفت: «ما نشان دادیم که کاندنسات‌های شبیه مایع در کشت‌های انتروئید روده‌ای انسان آلوده به نورویروس انسانی و همچنین در خط سلولی HEK293T که در آزمایشگاه رشد داده شده‌اند، تشکیل می‌شوند. ما پیشنهاد می‌کنیم که این کاندنسات‌ها مراکز تکثیر نورویروس انسانی هستند. این مسئله یک راه‌حل زیبا برای سوال پیچیده‌ای است که چگونه ترجمه وابسته به ریبوزوم از ژنوم ویروسی از تکثیر آن توسط پلیمرهای ویروسی در ویروس‌های RNA مثبت‌سویه تفکیک می‌شود.»

او افزود: «تحلیل بیوانفورماتیک ما همچنین نشان داد که پلیمرهای RNA تقریباً همه سویه‌های نورویروس تمایل بالایی به تشکیل این کارخانه‌های تکثیر دارند که نشان می‌دهد این ممکن است یک پدیده رایج در بیشتر نورویروس‌ها باشد.»

استس، استاد خدمات ممتاز و رئیس کرسی بنیاد کالن در ویروس‌شناسی مولکولی و میکروبیولوژی در بیلور، 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 مرکز مدل‌های تجربی دستگاه گوارش در مرکز بیماری‌های گوارشی پزشکی تگزاس و عضو مرکز جامع سرطان دان ال دانکن در بیلور است. این 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، ایجاد می‌کنند.

دیگر همکاران این تحقیق شامل راماکریشنا انیش، بی. ویجیالکشمی آییار، شریجش شانکر، گوندیپ کائور، سو ای. کرافورد، جرون پلت و فابیو استوسی هستند. نویسندگان این مقاله به دانشگاه بیلور و مرکز سرطان ام‌دی اندرسون تگزاس وابسته هستند. 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 دانشگاه بیلور (گرنت‌های NIH: DK56338، CA125123، ES030285 و S10OD030414) و گرنت CPRIT RR160029 تأمین شده است.