Hoe moduleert het ISG15/ISGylation-systeem de vaccinia-virusinfectie?

Hoe moduleert het ISG15/ISGylation-systeem de vaccinia-virusinfectie?

Uit een recente studie gepubliceerd in bioRxiv * Server liet onderzoekers zien hoe het door interferon gestimuleerde gen 15 (ISG15) betrokken is bij de verspreiding van het vacciniavirus (VACV).

Studie: ISG15 ist für die Verbreitung extrazellulärer Virionen des Vaccinia-Virus erforderlich. Bildnachweis: Kateryna Kon/Shutterstock

Dit nieuwsartikel was een recensie van een voorlopig wetenschappelijk rapport dat op het moment van publicatie nog niet door vakgenoten was beoordeeld. Sinds de eerste publicatie is het wetenschappelijk rapport nu peer-reviewed en geaccepteerd voor publicatie in een academisch tijdschrift. Links naar de voorlopige en peer-reviewed rapporten zijn te vinden in de sectie Bronnen aan het einde van dit artikel. Bekijk bronnen

achtergrond

ISG15 moduleert een viraal proteoom door te coderen voor een kleine ubiquitine-achtige post-translationele modificator die meerdere cellulaire routes binnen de gastheer reguleert. Het oefent dus antivirale activiteiten uit tegen verschillende virussen die dodelijke ziekten bij mensen veroorzaken [bijvoorbeeld het humaan immunodeficiëntievirus (HIV)].

Pokkenvirussen, waaronder VACV, zijn omhulde, lineaire dubbelstrengige deoxyribonucleïnezuur (DNA) virussen die zich volledig repliceren in het cytoplasma van geïnfecteerde cellen. Ze hebben twee unieke, gespecialiseerde krachten ontwikkeld – intracellulaire volwassen virionen (MV’s) en extracellulaire virionen (EV’s) – om nieuwe gebieden te verspreiden en te veroveren ten koste van de gastheerbronnen. EV's afgeleid van MV's zenden binnen de gastheer uit en veroorzaken systemische infecties. Aan de andere kant ondersteunen MV's gewikkeld in het trans-Golgi-netwerk (TGN) of endosomale membranen van de gastheer de overdracht van VACV tussen twee gastheren.

De eerste verspreidt zich na cellyse, terwijl de laatste zich via actinestaarten vanuit levende cellen verspreidt. Bovendien hebben de twee virusvormen verschillende eiwitsamenstellingen en verschillen ze tussen de verschillende VACV-stammen. Het is nog niet volledig duidelijk welke rol virale uitscheiding speelt bij de overdracht van pokkenvirussen. Omdat mensen de afgelopen miljoen jaar te maken hebben gehad met meerdere aanvallen van virussen, is een beter begrip van de mechanismen die virussen gebruiken om te infecteren van cruciaal belang om de volgende grote strijd tegen hen te winnen. Het Severe Acute Respiratory Syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) is een goed voorbeeld van hoe sommige virussen pandemieën met hoge sterftecijfers kunnen veroorzaken.

Over de studie

In de huidige studie gebruikten onderzoekers embryonale fibroblasten van muizen (MEF) om aan te tonen hoe het ISG15/ISGylation-systeem VACV-infectie moduleert. Ze infecteerden vereeuwigde ISG15+/+ of ISG15-/- MEF's met de VACV International Health Department-J (IHD-J)-stam. Ze zuiverden intracellulaire virions door ultracentrifugatie door een kussen van 20% sucrose, dat ze voorbereidden voor vloeistofchromatografie met tandem massaspectrometrie-analyse (LC-MS/MS).

Op de aangegeven tijdstippen na infectie scheidde het team eiwitten door middel van natriumdodecylsulfaat-polyacrylamidegelelektroforese (SDS-PAGE). Ten slotte analyseerden ze de expressie van virale vroege (E3) en late (A27, A4) eiwitten met Western blot en gebruikten ze specifieke antilichamen om VACV-eiwitten te identificeren die een interactie aangaan met ISG15.

Studieresultaten

De afwezigheid van ISG15 in MEF (ISG15-/-MEF) geïnfecteerd met VACV IHD-J toonde verminderde EV-productie. Bovendien vertoonden deze cellen IHD-J-accumulatie in het cytoplasma en de klaring van komeetvormige plaques vergeleken met Isg15+/+ MEF.

Kwantitatieve proteomische analyse van gezuiverde virionen uit Isg15-/- MEF toonde aan dat deze cellen verrijkt waren aan eiwitten uit zowel MV's als omhulde virionen, wat de accumulatie van verschillende virusvormen in deze cellen verder bevestigde. Bovendien ontdekten de auteurs dat ringvingereiwit 213 (RNF213), een sensor voor ISGylated eiwitten, een van de minder overvloedige cellulaire eiwitten was in Isg15 −/− monsters. Daarom zou de interactie van RNF213 met ISG15 ook relevant kunnen zijn voor de antivirale respons tegen VACV.

Experimenten met een recombinant virus dat ISG15 met V5-tag tot expressie brengt, toonden aan dat een eiwit A36 essentieel is voor de vorming van actinestaarten en kan interageren met ISG15. De onderzoekers observeerden ook een opregulatie van een eiwit B5 in virionen die waren gezuiverd uit Isg15-/--cellen. Het is betrokken bij de vorming van IEV en de polymerisatie van actinestaarten. Over het geheel genomen suggereerden de onderzoeksresultaten dat bij afwezigheid van ISG15 de EV-afgifte en actinestaartvorming verminderd waren.

Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM)-analyse onthulde dat intracellulaire virusdeeltjes waren toegenomen in met IHD-J geïnfecteerde Isg15 −/− cellen. Verrassend genoeg toonde de kwantificering van intracellulaire infectieuze virionen met behulp van plaque-assay geen verschil tussen genotypen, wat suggereert dat veel van de geaccumuleerde deeltjes in Isg15 -/− cellen defectief en niet-infectieus kunnen zijn.

Conclusies

Pokkenvirussen hebben hernieuwde aandacht gekregen vanwege de recente opkomst van het apenpokkenvirus (MPXV), een zoönotisch orthopokkenvirus dat mensen infecteert. Gelukkig heeft MPXV geresulteerd in een aanzienlijk lagere mortaliteit vergeleken met VARV, de etiologische veroorzaker van pokken. Er bestaat echter een groeiende bezorgdheid dat het in de toekomst de ecologische niche zou kunnen veroveren die ooit door VARV werd ingenomen. Daarom onderzocht de huidige studie bewijsmateriaal over hoe gastheerrestrictiefactoren de mechanismen van de verspreiding van het pokkenvirus beheersen.

In een van hun eerdere artikelen ontdekten de auteurs dat ISGylation de productie van exosomen remt, dit zijn blaasjes die worden uitgescheiden in de extracellulaire omgeving, net als EV's. Daarom veronderstelden ze dat EV's een mechanisme gebruiken dat vergelijkbaar is met exosomen en dat ISG15 zou kunnen detecteren welke van de infectieuze vormen van VACV worden geproduceerd voor virusverspreiding.

Hoewel de onderzoeksresultaten ISG15-interacties met verschillende VACV-eiwitten aangaven, moet de uitkomst van deze interacties nog worden opgehelderd. Een dieper begrip van door ISG15 gemedieerde antivirale reacties zou de weg kunnen vrijmaken voor de ontwikkeling van effectieve medicijnen tegen meerdere virussen die mensen infecteren.

Dit nieuwsartikel was een recensie van een voorlopig wetenschappelijk rapport dat op het moment van publicatie nog niet door vakgenoten was beoordeeld. Sinds de eerste publicatie is het wetenschappelijk rapport nu peer-reviewed en geaccepteerd voor publicatie in een academisch tijdschrift. Links naar de voorlopige en peer-reviewed rapporten zijn te vinden in de sectie Bronnen aan het einde van dit artikel. Bekijk bronnen

Referenties:

• Vorläufiger wissenschaftlicher Bericht.
  Bécares, M. et al. (2022) „ISG15 ist für die Verbreitung extrazellulärer Virionen des Vaccinia-Virus erforderlich.“ bioRxiv. doi: 10.1101/2022.10.27.514002. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.10.27.514002v1
• Von Experten begutachteter und veröffentlichter wissenschaftlicher Bericht.
  Bécares, Martina, Manuel Albert, Céline Tárrega, Rocío Coloma, Michela Falqui, Emma K. Luhmann, Lilliana Radoshevich und Susana Guerra. 2023. „ISG15 ist für die Verbreitung extrazellulärer Vaccinia-Virus-Virionen erforderlich.“ Virologie, April. https://doi.org/10.1128/spectrum.04508-22. https://journals.asm.org/doi/10.1128/spectrum.04508-22.

Artikelrevisies

• 17. Mai 2023 – Das vorab gedruckte vorläufige Forschungspapier, auf dem dieser Artikel basiert, wurde zur Veröffentlichung in einer von Experten begutachteten wissenschaftlichen Zeitschrift angenommen. Dieser Artikel wurde entsprechend bearbeitet und enthält nun einen Link zum endgültigen, von Experten begutachteten Artikel, der jetzt im Abschnitt „Quellen“ angezeigt wird.