I ricercatori dell’embl di amburgo e i loro collaboratori presso l’istituto di ricerca leibniz per la farmacologia molecolare hanno mappato con un livello di dettaglio senza precedenti come il virus dell’influenza a riprogramma le cellule umane infette. A tal fine, i ricercatori hanno utilizzato un flusso di lavoro sperimentale personalizzato per osservare direttamente come le proteine interagiscono all’interno di cellule infette intatte. Ogni anno, l’influenza stagionale uccide fino a seicentocinquantamila persone in tutto il mondo e causa gravi malattie a milioni di individui, mentre il virus dell’influenza a è stato responsabile di diverse pandemie storiche.
La mappatura avanzata delle interazioni molecolari tra il virus dell’influenza a e le cellule umane
Quando questo virus infetta le cellule, rilascia il suo materiale genetico, chiamato rna, che contiene le istruzioni per la produzione di alcune proteine. Queste proteine si diffondono poi in tutta la cellula ospite e ne riprogrammano il meccanismo molecolare per produrre altri virus. Gli scienziati vogliono comprendere questo processo in dettaglio perché ciò contribuirebbe alla progettazione di terapie farmacologiche e vaccini più efficaci contro il virus influenzale.
Per questo motivo è fondamentale capire come le proteine del virus influenzale interagiscono con le proteine delle cellule ospiti e come le manipolano per soddisfare le esigenze del virus. Questa è la prima volta che gli scienziati hanno mappato su larga scala i contatti diretti tra proteine del virus e dell’ospite all’interno di cellule infette da influenza, con un livello di dettaglio strutturale sufficiente a modellare il modo in cui le proteine si integrano tra loro, aprendo la strada allo studio delle interazioni lungo l’intero ciclo infettivo.
L’innovazione metodologica nella spettrometria di massa
Studiare le interazioni proteina-proteina in atto durante un’infezione è complesso poiché la maggior parte degli studi precedenti si basava su metodi biochimici che richiedevano la disgregazione della cellula. Una volta distrutti i compartimenti cellulari, proteine che non erano mai entrate in contatto all’interno della cellula potevano incontrarsi in provetta, facendo perdere i contatti fragili o specifici. Era quindi difficile stabilire quali interazioni si verificassero effettivamente all’interno di una cellula infetta.
La svolta è arrivata grazie allo sviluppo di una versione specializzata della spettrometria di massa a cross-linking, adattata specificamente alle cellule infettate da virus dai ricercatori dell’fmp di berlino. Questa tecnica innovativa permette di catturare le interazioni proteina-proteina direttamente nelle cellule infette intatte, fornendo al contempo informazioni strutturali fondamentali sull’interfaccia tra il virus e la cellula umana.
Combinando i risultati ottenuti con la modellazione strutturale computazionale basata su una versione modificata di alphafold, i ricercatori sono stati in grado non solo di identificare quali proteine virali e umane interagiscono, ma anche di prevedere come si incastrano fisicamente tra loro all’interno delle cellule, indicando al modello le parti vicine delle proteine.
I meccanismi di infezione e il controllo cellulare
Lo studio ha rivelato due importanti meccanismi con cui il virus si impossessa della cellula, a cominciare dall’emoagglutinina, una proteina superficiale utilizzata per penetrare nelle cellule ospiti. I ricercatori ne hanno tracciato il percorso attraverso il sistema di trasporto interno, comprendendo come le proteine dell’ospite aiutino il virus a ripiegare e modificare correttamente l’emoagglutinina durante l’infezione.
Il secondo meccanismo riguarda i paraspeckles, piccoli compartimenti simili a goccioline presenti nel nucleo cellulare che, a seguito dell’infezione da parte del virus dell’influenza a, si dissolvono rilasciando le proteine che legano l’rna per essere utilizzate nella replicazione virale. Osservare la dissoluzione di questi organelli in modo coerente suggerisce che non si tratti di un effetto collaterale, ma di una strategia precisa.
Inoltre, interrompere i paraspeckle potrebbe indebolire la risposta difensiva della cellula, poiché questi organelli contribuiscono normalmente alle risposte allo stress cellulare e alla regolazione dei geni antivirali, ponendo le basi per applicare questa metodologia a futuri studi su virus potenzialmente pandemici come l’h5n1.
Le prospettive future per la ricerca antivirale
Il lavoro si è avvalso di infrastrutture condivise tra tre istituzioni, coordinando gli esperimenti di spettrometria di massa a berlino, le analisi glicoproteomiche e la modellazione presso l’embl e le immagini di microscopia presso il cssb. Questo approccio di mappatura contestuale dimostra l’efficacia dell’analisi dei contatti molecolari all’interno di cellule viventi.
Sebbene i fattori dell’ospite varino tra i diversi virus, i ricercatori ritengono che l’approccio generale basato sul cross-linking in situ e sulla modellazione strutturale rimanga ampiamente applicabile per scoprire le reti di interazione che supportano la moltiplicazione virale nelle cellule umane.
Questa metodologia avanzata offre nuove opportunità per la progettazione mirata di interventi farmacologici futuri, migliorando la comprensione dei meccanismi d’azione di agenti patogeni complessi e potenzialmente pandemici.
Lo studio è stato pubblicato su Nature Microbiology.
