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Wie moduliert das ISG15/ISGylierungssystem die Infektion mit dem Vaccinia-Virus?

In einer aktuellen Studie, die im veröffentlicht wurde bioRxiv* Server zeigten Forscher, wie das Interferon-stimulierte Gen 15 (ISG15) an der Verbreitung des Vaccinia-Virus (VACV) beteiligt ist.

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

Bei diesem Nachrichtenartikel handelte es sich um eine Rezension eines vorläufigen wissenschaftlichen Berichts, der zum Zeitpunkt der Veröffentlichung noch keinem Peer-Review unterzogen worden war. Seit seiner Erstveröffentlichung wurde der wissenschaftliche Bericht nun einem Peer-Review unterzogen und zur Veröffentlichung in einer wissenschaftlichen Zeitschrift angenommen. Links zu den vorläufigen und von Experten überprüften Berichten finden Sie im Abschnitt „Quellen“ am Ende dieses Artikels. Quellen anzeigen

Hintergrund

ISG15 moduliert ein virales Proteom, indem es einen kleinen Ubiquitin-ähnlichen posttranslationalen Modifikator kodiert, der mehrere Zellwege innerhalb des Wirts reguliert. Somit übt es antivirale Aktivitäten gegen mehrere Viren aus, die beim Menschen tödliche Krankheiten verursachen [e.g., human immunodeficiency virus (HIV)].

Pockenviren, einschließlich VACV, sind umhüllte, lineare doppelsträngige Desoxyribonukleinsäure (DNA)-Viren, die sich vollständig im Zytoplasma infizierter Zellen replizieren. Sie haben zwei einzigartige, spezialisierte Truppen entwickelt – intrazelluläre reife Virionen (MVs) und extrazelluläre Virionen (EVs), um sich auf Kosten der Ressourcen der Wirte auszubreiten und neue Gebiete zu erobern. Von MVs abgeleitete EVs übertragen sich innerhalb des Wirts und verursachen systemische Infektionen. Andererseits unterstützen MVs, die in das Trans-Golgi-Netzwerk (TGN) oder endosomale Membranen des Wirts eingewickelt sind, die Übertragung von VACV zwischen zwei Wirten.

Ersteres verbreitet sich nach der Zelllyse, während letzteres über Aktinschwänze aus lebenden Zellen verbreitet wird. Darüber hinaus weisen die beiden Virusformen unterschiedliche Proteinzusammensetzungen auf und unterscheiden sich zwischen den verschiedenen VACV-Stämmen. Es ist noch nicht vollständig geklärt, welche Rolle die Virusausscheidung bei der Übertragung von Pockenviren spielt. Da Menschen in den letzten Millionen Jahren mehrfach Angriffen durch Viren ausgesetzt waren, ist ein besseres Verständnis der Mechanismen, die Viren bei der Infektion einsetzen, von entscheidender Bedeutung, um den nächsten großen Kampf gegen sie zu gewinnen. Das schwere akute respiratorische Syndrom Coronavirus-2 (SARS-CoV-2) ist ein gutes Beispiel dafür, wie einige Viren Pandemien mit hohen Sterblichkeitsraten verursachen können.

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Über die Studie

In der vorliegenden Studie verwendeten Forscher embryonale Fibroblasten (MEF) der Maus, um zu zeigen, wie das ISG15/ISGylierungssystem die VACV-Infektion moduliert. Sie infizierten immortalisierte ISG15+/+ oder ISG15-/-MEFs mit dem Stamm VACV International Health Department-J (IHD-J). Sie reinigten intrazelluläre Virionen durch Ultrazentrifugation durch ein 20 %iges Saccharosekissen, das sie für die Flüssigkeitschromatographie mit Tandem-Massenspektrometrie-Analyse (LC-MS/MS) aufbereiteten.

Zu den angegebenen Zeiten nach der Infektion trennte das Team Proteine ​​durch Natriumdodecylsulfat-Polyacrylamid-Gelelektrophorese (SDS-PAGE). Schließlich analysierten sie die Expression viraler früher (E3) und später (A27, A4) Proteine ​​mittels Western Blot und verwendeten spezifische Antikörper, um VACV-Proteine ​​zu identifizieren, die mit ISG15 interagieren.

Studienergebnisse

Das Fehlen von ISG15 in MEF (ISG15-/-MEF), die mit VACV IHD-J infiziert waren, zeigte eine verringerte EV-Produktion. Außerdem zeigten diese Zellen im Vergleich zu Isg15+/+ MEF eine IHD-J-Akkumulation im Zytoplasma und die Abschaffung kometenförmiger Plaques.

Eine quantitative proteomische Analyse gereinigter Virionen aus Isg15-/-MEF zeigte, dass diese Zellen mit Proteinen sowohl von MVs als auch von umhüllten Virionen angereichert waren, was die Akkumulation unterschiedlicher Virusformen in diesen Zellen weiter bestätigte. Darüber hinaus stellten die Autoren fest, dass das Ringfingerprotein 213 (RNF213), ein Sensor für ISGylierte Proteine, zu den weniger häufig vorkommenden zellulären Proteinen in Isg15-/–Proben gehörte. Daher könnte die Wechselwirkung von RNF213 mit ISG15 auch für die antivirale Reaktion gegen VACV relevant sein.

Experimente mit einem rekombinanten Virus, der V5-markiertes ISG15 exprimiert, zeigten, dass ein Protein A36 für die Aktinschwanzbildung essentiell ist und möglicherweise mit ISG15 interagiert. Ebenso beobachteten die Forscher eine Hochregulierung eines Proteins B5 in Virionen, die aus Isg15-/–Zellen gereinigt wurden. Es ist an der IEV-Bildung und der Aktinschwanzpolymerisation beteiligt. Insgesamt deuteten die Studienergebnisse darauf hin, dass in Abwesenheit von ISG15 die Freisetzung von EV und die Bildung von Aktinschwänzen beeinträchtigt waren.

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Die Analyse mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) ergab, dass intrazelluläre Viruspartikel in IHD-J-infizierten Isg15-/–Zellen erhöht waren. Überraschenderweise zeigte die Quantifizierung der intrazellulären infektiösen Virionen mittels Plaque-Assay keinen Unterschied zwischen den Genotypen, was darauf hindeutet, dass viele der angesammelten Partikel in Isg15-/–Zellen defekt und nicht infektiös sein könnten.

Schlussfolgerungen

Pockenviren haben aufgrund des jüngsten Auftretens des Affenpockenvirus (MPXV), eines zoonotischen Orthopoxvirus, das Menschen infiziert, erneut Aufmerksamkeit erregt. Glücklicherweise hat MPXV im Vergleich zu VARV, dem ätiologischen Erreger der Pocken, zu einer deutlich geringeren Sterblichkeit geführt. Allerdings wächst die Sorge, dass es in Zukunft die ökologische Nische erobern könnte, die einst von VARV besetzt war. Daher untersuchte die aktuelle Studie Beweise dafür, wie die Wirtsrestriktionsfaktoren die Mechanismen der Pockenvirusverbreitung steuern.

In einer ihrer früheren Arbeiten stellten die Autoren fest, dass die ISGylierung die Produktion von Exosomen hemmt, das sind Vesikel, die in die extrazelluläre Umgebung abgesondert werden, ganz ähnlich wie EVs. Daher stellten sie die Hypothese auf, dass Elektrofahrzeuge einen Mechanismus verwenden, der Exosomen ähnelt, und dass ISG15 erkennen könnte, welche der infektiösen Formen von VACV für die Virusverbreitung erzeugt werden.

Obwohl die Studienergebnisse auf ISG15-Wechselwirkungen mit mehreren VACV-Proteinen hinwiesen, muss das Ergebnis dieser Wechselwirkungen noch geklärt werden. Ein tiefergehendes Verständnis der ISG15-vermittelten antiviralen Reaktionen könnte den Weg für die Entwicklung wirksamer Medikamente gegen mehrere Viren ebnen, die Menschen infizieren.

Bei diesem Nachrichtenartikel handelte es sich um eine Rezension eines vorläufigen wissenschaftlichen Berichts, der zum Zeitpunkt der Veröffentlichung noch keinem Peer-Review unterzogen worden war. Seit seiner Erstveröffentlichung wurde der wissenschaftliche Bericht nun einem Peer-Review unterzogen und zur Veröffentlichung in einer wissenschaftlichen Zeitschrift angenommen. Links zu den vorläufigen und von Experten überprüften Berichten finden Sie im Abschnitt „Quellen“ am Ende dieses Artikels. Quellen anzeigen

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Referenzen:

Artikelrevisionen

  • 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.

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