Hvordan modulerer ISG15/ISGyleringssystemet vacciniavirusinfeksjon?

Hvordan modulerer ISG15/ISGyleringssystemet vacciniavirusinfeksjon?

I en fersk studie publisert i bioRxiv * Server viste forskerne hvordan interferon-stimulert gen 15 (ISG15) er involvert i spredningen av vacciniavirus (VACV).

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

Denne nyhetsartikkelen var en gjennomgang av en foreløpig vitenskapelig rapport som ikke hadde blitt fagfellevurdert på publiseringstidspunktet. Siden den første publiseringen har den vitenskapelige rapporten nå blitt fagfellevurdert og akseptert for publisering i et akademisk tidsskrift. Lenker til de foreløpige og fagfellevurderte rapportene finner du i Kilder-delen på slutten av denne artikkelen. Se kilder

bakgrunn

ISG15 modulerer et viralt proteom ved å kode en liten ubiquitin-lignende post-translasjonsmodifikator som regulerer flere cellulære veier i verten. Dermed utøver det antivirale aktiviteter mot flere virus som forårsaker dødelige sykdommer hos mennesker [f.eks. humant immunsviktvirus (HIV)].

Poxvirus, inkludert VACV, er innkapslede, lineære dobbelttrådete deoksyribonukleinsyre (DNA) virus som replikerer fullstendig i cytoplasmaet til infiserte celler. De har utviklet to unike, spesialiserte styrker - intracellulære modne virioner (MVs) og ekstracellulære virioner (EVs) - for å spre og erobre nye territorier på bekostning av vertsressurser. EV-er avledet fra MV-er overføres i verten og forårsaker systemiske infeksjoner. På den annen side støtter MV-er pakket inn i trans-Golgi-nettverket (TGN) eller vertens endosomale membraner overføring av VACV mellom to verter.

Førstnevnte sprer seg etter cellelyse, mens sistnevnte sprer seg fra levende celler via aktinhaler. I tillegg har de to virusformene forskjellige proteinsammensetninger og skiller seg mellom de forskjellige VACV-stammene. Det er ennå ikke fullt ut forstått hvilken rolle virusutskillelse spiller i overføringen av koppevirus. Fordi mennesker har møtt flere angrep fra virus de siste millioner årene, er en bedre forståelse av mekanismene virus bruker for å infisere avgjørende for å vinne den neste store kampen mot dem. Alvorlig akutt respiratorisk syndrom coronavirus-2 (SARS-CoV-2) er et godt eksempel på hvordan noen virus kan forårsake pandemier med høy dødelighet.

Om studiet

I denne studien brukte forskere museembryonale fibroblaster (MEF) for å demonstrere hvordan ISG15/ISGyleringssystemet modulerer VACV-infeksjon. De infiserte udødeliggjorte ISG15+/+ eller ISG15-/- MEFer med VACV International Health Department-J (IHD-J) stammen. De renset intracellulære virioner ved ultrasentrifugering gjennom en 20% sukrosepute, som de forberedte for væskekromatografi med tandem massespektrometrianalyse (LC-MS/MS).

På de angitte tidspunktene etter infeksjon, separerte teamet proteiner ved natriumdodecylsulfat-polyakrylamidgelelektroforese (SDS-PAGE). Til slutt analyserte de ekspresjonen av virale tidlige (E3) og sene (A27, A4) proteiner ved Western blot og brukte spesifikke antistoffer for å identifisere VACV-proteiner som interagerer med ISG15.

Studieresultater

Fraværet av ISG15 i MEF (ISG15-/-MEF) infisert med VACV IHD-J viste redusert EV-produksjon. Videre viste disse cellene IHD-J-akkumulering i cytoplasma og clearance av kometformede plakk sammenlignet med Isg15+/+ MEF.

Kvantitativ proteomisk analyse av rensede virioner fra Isg15-/- MEF viste at disse cellene ble anriket på proteiner fra både MV-er og innkapslede virioner, noe som ytterligere bekreftet akkumuleringen av forskjellige virusformer i disse cellene. Videre fant forfatterne at ringfingerprotein 213 (RNF213), en sensor for ISGylerte proteiner, var blant de mindre rike cellulære proteinene i Isg15 −/− prøver. Derfor kan interaksjonen mellom RNF213 og ISG15 også være relevant for den antivirale responsen mot VACV.

Eksperimenter med et rekombinant virus som uttrykker V5-merket ISG15 viste at et protein A36 er essensielt for aktinhaledannelse og kan samhandle med ISG15. Forskerne observerte også oppregulering av et protein B5 i virioner renset fra Isg15-/- celler. Det er involvert i IEV-dannelse og aktinhalepolymerisering. Samlet sett antydet studieresultatene at i fravær av ISG15, ble EV-frigjøring og aktinhaledannelse svekket.

Transmisjonselektronmikroskopi (TEM) analyse avslørte at intracellulære viruspartikler ble økt i IHD-J-infiserte Isg15 −/− celler. Overraskende nok viste kvantifisering av intracellulære infeksiøse virioner ved bruk av plakkanalyse ingen forskjell mellom genotyper, noe som tyder på at mange av de akkumulerte partiklene i Isg15 -/- celler kan være defekte og ikke-smittsomme.

Konklusjoner

Poxvirus har fått fornyet oppmerksomhet på grunn av den nylige fremveksten av monkeypox virus (MPXV), et zoonotisk ortopoksvirus som infiserer mennesker. Heldigvis har MPXV resultert i betydelig lavere dødelighet sammenlignet med VARV, det etiologiske middelet til kopper. Imidlertid er det økende bekymring for at den i fremtiden kan erobre den økologiske nisjen som en gang var okkupert av VARV. Derfor undersøkte den nåværende studien bevis på hvordan vertsrestriksjonsfaktorer kontrollerer mekanismene for spredning av poxvirus.

I en av deres tidligere artikler fant forfatterne at ISGylering hemmer produksjonen av eksosomer, som er vesikler som skilles ut i det ekstracellulære miljøet, omtrent som EV-er. Derfor antok de at elbiler bruker en mekanisme som ligner på eksosomer, og at ISG15 kunne registrere hvilke av de smittsomme formene for VACV som produseres for virusspredning.

Selv om studieresultatene indikerte ISG15-interaksjoner med flere VACV-proteiner, gjenstår resultatet av disse interaksjonene å bli belyst. En dypere forståelse av ISG15-medierte antivirale responser kan bane vei for utvikling av effektive medisiner mot flere virus som infiserer mennesker.

Denne nyhetsartikkelen var en gjennomgang av en foreløpig vitenskapelig rapport som ikke hadde blitt fagfellevurdert på publiseringstidspunktet. Siden den første publiseringen har den vitenskapelige rapporten nå blitt fagfellevurdert og akseptert for publisering i et akademisk tidsskrift. Lenker til de foreløpige og fagfellevurderte rapportene finner du i Kilder-delen på slutten av denne artikkelen. Se kilder

Referanser:

• 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.

Artikkelrevisjoner

• 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.