Tulanevirus behöver intracellulärt kalcium för att replikera

Vissa gastrointestinala virus behöver kalcium. De behöver kalciumjoner för att utföra flera väsentliga aspekter av viruslivet, såsom inträde i värdceller, genomreplikation och byggande av nya virus för att invadera andra celler. De celler som invaderas av virus använder också kalcium. De använder den som signaler för att reglera många av cellernas egna processer, men virus kan ta över cellulär kalciumsignalering för att tillgodose sina egna behov.

Detta virala övertagande innebär, i många fall, produktionen av ett viralt protein som kallas viroporin som fungerar som en jonkanal som omdirigerar cellulär kalciumsignalering för att tjäna virala funktioner. Medicinskt viktiga gastrointestinala virus, såsom rotavirus, kräver kalcium för replikering och använd viroporiner för att få kontroll över cellulär kalciumsignalering, men det har inte undersökts om andra virus som också orsakar allvarliga gastrointestinala problem hos människor och djur, såsom norovirus, göra samma sak.

Viroporiner tar över?

Doktorand Alicia Strtak i forskarutbildningen i integrativa molekylära och biomedicinska vetenskaper vid Baylor College of Medicine, tog på sig projektet för att undersöka om Tulane -virus, ett kalicivirus som biologiskt liknar humana norovirus, krävde kalcium för dess replikering. Om så är fallet, hur tar den över cellulär kalciumsignalering?

Mänskliga norovirus är den främsta orsaken till akut gastroenterit, en potentiellt livshotande sjukdom i alla åldersgrupper. Det finns ett stort intresse för att utveckla effektiva terapier, men många aspekter av hur calicivirus, inklusive norovirus, orsaken till sjukdomen har ännu inte klarlagts.

Doktorand Alicia Strtak vid Baylor College of Medicine

Att studera norovirus har ställt en stor utmaning för forskare och, även om stora framsteg har gjorts för att framgångsrikt odla det i laboratoriet med användning av humana intestinala enteroidkulturer, det finns fortfarande mycket att vinna på att studera andra kalicivirus, såsom Tulane -virus, som är nära besläktade med norovirus och är lättare att studera i laboratoriet.

Under detta projekt, Strtak arbetade i laboratoriet för Dr. Joseph Hyser, biträdande professor i molekylär virologi och mikrobiologi vid Baylor, och använde Tulane -virus som ett modellsystem för norovirus.

"Vi tror att Tulane -viruset har funktioner som gör det till en bra kandidat för en modell av humant norovirus. Dessa virus har biologiska och genetiska egenskaper, till exempel, båda organiserar sina genomer på samma sätt, infektera samma typ av celler (tarmepitel) och orsaka en sjukdom som presenteras på ett liknande sätt, "Sa Strtak." Dessutom Tulanevirus kan odlas i laboratoriet i system som underlättar undersökning av de vägar det tar över under infektion. "

Krav för replikering

Strtak, Hyser och deras kollegor kombinerade cellkultur, biokemi och kalciumbildningstekniker för att svara på följande fråga, Vilka är de viktigaste faktorerna som Tulane -viruset behöver för att uppnå robust och effektiv replikering? För att ta upp frågan, de fokuserade på hur Tulane -virus omformade värdens kalciumsignalering under infektion.

"Först, vi upptäckte att Tulane -viruset behöver intracellulärt kalcium för att replikera. Utan det, viruset replikerar dåligt, "Strtak sa." Vi fann också att kalciumet kom från cellförvaring i det endoplasmatiska retikulumet och, för att få tillgång till denna kalciumkälla, Tulane-virus verkade använda sitt protein NS1-2. "

Forskarna fann bevis för att Tulane-virus NS1-2-protein fungerade som ett viroporin, en jonkanal som störde cellulär kalciumsignalering genom att utlösa dess flöde från det endoplasmatiska retikulum, där den förvarades, till cytoplasman där viral replikation ägde rum.

Fynd från Tulane -virus antyder norovirusreplikation

För att avgöra om norovirus kan använda en liknande strategi för att infektera epitelceller, Strtak och hennes kollegor jämförde Tulane-virus NS1-2-proteinet och det humana norovirusproteinet i sin förmåga att störa kalciumsignalering. De fann att norovirus NS1-2-protein inducerade förändringar i cellulär kalciumsignalering som liknade de som utlöstes av Tulane-virus NS1-2-protein.

"Detta är den första funktionella bevisen som tyder på att den funktion som vi identifierade i Tulane -viruset också kan existera i humant norovirus, "Sa Strtak.

"Virala jonkanaler är mycket svåra att identifiera. Strtaks arbete visar att med lite innovation, uppfinningsrikedom och vilja att utforska utanför det kliniskt relevanta systemet, det är möjligt att hitta en lämplig experimentell modell som gör det möjligt för forskare att uppnå den första breda karakteriseringen och hitta relevant information om komplexa biologiska system. Vi hoppas att den information vi har hittat här också hjälper andra forskare som studerar andra aspekter av virusinfektion, "sa Hyser, medlem i Alkek Center for Metagenomics and Microbiome Research och Dan L Duncan Comprehensive Cancer Center i Baylor.

Lär dig alla detaljer om detta arbete i tidningen mSphere .

• Studie visar potential för fagterapi för att behandla alkoholisk leversjukdom
• Forskare använder fagterapi för att framgångsrikt behandla alkoholisk leversjukdom