Ιός Ζίκα: Ποιος είναι ο μηχανισμός αλλαγής σχήματος του Ζίκα;

Οι ιοί έχουν περιορισμένο γενετικό υλικό —και λίγες πρωτεΐνες— επομένως όλα τα κομμάτια πρέπει να δουλεύουν πολύ σκληρά. Ο Ζίκα είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα, καθώς ο ιός παράγει μόνο 10 πρωτεΐνες. Τώρα, σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό PLOS Pathogens, ερευνητές στο Sanford Burnham Prebys έδειξαν πώς ο ιός κάνει τόσα πολλά με τόσα λίγα και μπορεί να έχουν εντοπίσει μια θεραπευτική ευπάθεια. Στη μελέτη, η ερευνητική ομάδα έδειξε ότι το ένζυμο του Ζίκα—NS2B-NS3—είναι ένα εργαλείο πολλαπλών χρήσεων με δύο βασικές λειτουργίες:

• τη διάσπαση των πρωτεϊνών (μια πρωτεάση)
• και τη διαίρεση του δικού του δίκλωνου RNA σε μονούς κλώνους (ελικάση).

«Βρήκαμε ότι το σύμπλεγμα ενζύμων του Ζίκα αλλάζει τη λειτουργία του με βάση το πώς έχει το σχήμα του», λέει ο Alexey Terskikh, Ph.D., αναπληρωτής καθηγητής στο Sanford Burnham Prebys και ανώτερος συγγραφέας της εργασίας. “Όταν βρίσκεται στην κλειστή διαμόρφωση, δρα ως κλασική πρωτεάση. Στη συνέχεια, όμως, κυκλώνει μεταξύ ανοικτών και υπερ-ανοικτών διαμορφώσεων, κάτι που του επιτρέπει να αρπάξει και στη συνέχεια να απελευθερώσει έναν μόνο κλώνο RNA – και αυτές οι λειτουργίες είναι απαραίτητες για την αντιγραφή του ιού.”

Τι είναι ο ιός Ζίκα;

Ο Ζίκα είναι ένας ιός RNA που ανήκει σε μια οικογένεια θανατηφόρων παθογόνων που ονομάζονται φλαβοϊοί, που περιλαμβάνουν τον Δυτικό Νείλο, τον δάγκειο πυρετό, τον κίτρινο πυρετό, την ιαπωνική εγκεφαλίτιδα και άλλα. Ο ιός μεταδίδεται από τα κουνούπια και προσβάλλει τα κύτταρα της μήτρας και του πλακούντα (μεταξύ άλλων τύπων κυττάρων), καθιστώντας τον ιδιαίτερα επικίνδυνο για τις έγκυες γυναίκες. Μόλις εισέλθει στα κύτταρα-ξενιστές, ο ιός τα ανασχεδιάζει για να παράγει περισσότερο Ζίκα.

Η κατανόηση του Ζίκα σε μοριακό επίπεδο θα μπορούσε να έχει μια τεράστια ανταμοιβή: έναν θεραπευτικό στόχο. Θα ήταν δύσκολο να δημιουργηθούν ασφαλή φάρμακα που στοχεύουν τους τομείς του ενζύμου που απαιτούνται για τις λειτουργίες πρωτεάσης ή ελικάσης, καθώς τα ανθρώπινα κύτταρα έχουν πολλά παρόμοια μόρια. Ωστόσο, ένα φάρμακο που εμποδίζει τις διαμορφωτικές αλλαγές του Ζίκα θα μπορούσε να είναι αποτελεσματικό. Εάν το σύμπλεγμα δεν μπορεί να αλλάξει σχήμα, δεν μπορεί να εκτελέσει τις κρίσιμες λειτουργίες του και δεν θα παραχθούν νέα σωματίδια Ζίκα.

Ένα αποτελεσματικό μηχάνημα

Οι ερευνητές γνώριζαν από καιρό ότι το βασικό ένζυμο του Ζίκα αποτελούνταν από δύο μονάδες: NS2B-NS3pro και NS3hel. Το NS2B-NS3pro εκτελεί λειτουργίες πρωτεάσης, κόβοντας μακρά πολυπεπτίδια σε πρωτεΐνες Ζίκα. Ωστόσο, οι ικανότητες του NS2B-NS3pro να δεσμεύει μονόκλωνο RNA και να βοηθά στον διαχωρισμό του δίκλωνου RNA κατά τη διάρκεια της ιικής αντιγραφής ανακαλύφθηκαν μόλις πρόσφατα.

Σε αυτή τη μελέτη, οι ερευνητές βασίστηκαν σε πρόσφατες κρυσταλλικές δομές και χρησιμοποίησαν βιοχημεία πρωτεϊνών, πόλωση φθορισμού και μοντελοποίηση υπολογιστή για να ανατέμνουν τον κύκλο ζωής του NS2B-NS3pro. Το NS3pro συνδέεται με το NS3hel (την ελικάση) μέσω ενός μικρού συνδετήρα αμινοξέων και γίνεται ενεργό όταν το σύμπλεγμα βρίσκεται στην κλειστή του διαμόρφωση, όπως ένα κλειστό ακορντεόν. Η δέσμευση RNA συμβαίνει όταν το σύμπλοκο είναι ανοιχτό, ενώ το σύμπλοκο πρέπει να μεταβεί μέσω της υπερ-ανοικτής διαμόρφωσης για να απελευθερώσει RNA.

Αυτές οι διαμορφωτικές αλλαγές καθοδηγούνται από τη δυναμική της δραστηριότητας NS3hel, η οποία επεκτείνει τον συνδέτη και τελικά «παρασύρει» το NS3pro για να απελευθερώσει RNA. Το NS3pro είναι αγκυροβολημένο στο εσωτερικό του ενδοπλασματικού δικτύου (ER) του κυττάρου ξενιστή – ένα βασικό οργανίδιο που βοηθά τις κυτταρικές πρωτεΐνες στους κατάλληλους προορισμούς – μέσω NS2B και, ενώ βρίσκεται σε κλειστή διαμόρφωση, κόβει το πολυπεπτίδιο Zika, βοηθώντας στη δημιουργία όλων των ιικών πρωτεϊνών .

Στην άλλη πλευρά του συνδετήρα, το NS3hel διαχωρίζει το δίκλωνο RNA του Ζίκα και παραδίδει βολικά έναν κλώνο στο NS3pro, το οποίο έχει θετικά φορτισμένες «πιρούνες» για να αρπάξει στο αρνητικά φορτισμένο RNA. «Υπάρχει ένα πολύ ωραίο αυλάκι θετικών φορτίων», λέει ο Terskikh. “Έτσι, το RNA ακολουθεί φυσικά αυτό το αυλάκι. Στη συνέχεια το σύμπλεγμα μετατοπίζεται στην κλειστή διαμόρφωση και απελευθερώνει το RNA.”