Em uma reviravolta na pergunta “O que veio primeiro, a galinha ou o ovo?”, Os cientistas há muito enfrentam uma questão semelhante sobre como o adenovírus humano se replica: “O que vem primeiro, a montagem da partícula viral ou o empacotamento do genoma viral ?” Agora, em um novo estudo publicado hoje na Naturezapesquisadores do Children’s Hospital of Philadelphia (CHOP) responderam a essa pergunta, mostrando que as proteínas virais usam um processo chamado separação de fases para coordenar a produção da progênie viral.
“Este estudo responde a uma questão fundamentalmente importante: como um ácido nucleico viral entra em uma partícula para que a prole viral possa ser entregue às células”, disse Matthew Charman, PhD, pesquisador associado do Laboratório Weitzman no Hospital Infantil da Filadélfia. “Estas descobertas têm amplas implicações, desde potenciais intervenções terapêuticas até uma melhor entrega de terapia genética, além de expandir nossa compreensão da biologia celular básica”.
Os vírus sequestram os processos celulares do hospedeiro para replicar e produzir descendentes infecciosos que são essenciais para a disseminação e transmissão viral. Para fazer isso, eles devem replicar seus genomas virais e empacotar esses genomas em partículas virais, para que o ciclo infeccioso possa continuar. No entanto, pouco se sabe sobre como a replicação do genoma, a montagem de partículas e o empacotamento do genoma são coordenados no ambiente nuclear lotado.
“Se pensarmos na replicação viral como uma linha de montagem de leite antiquada, sabemos como as garrafas de leite são formadas e que saem cheias, mas antes deste estudo, o processo de enchê-las era uma espécie de caixa preta”, disse. disse o autor sênior Matthew D. Weitzman, PhD, professor do Departamento de Patologia e Medicina Laboratorial do CHOP. “Nossas descobertas sugerem que a partícula viral se forma ao redor do genoma viral. Estendendo a analogia, muitos assumiram que a mamadeira deve ser feita antes de ser enchida, mas na verdade a mamadeira é formada ao redor do leite. Liderados pelo Dr. Charman, mostramos que um processo biofísico conhecido como separação de fases permite que esse processo ocorra de maneira ordenada e coordenada.”
Evidências emergentes sugerem que compartimentos sem membrana se formam dentro de células infectadas por vírus por separação de fases. Esses compartimentos sem membrana, conhecidos como condensados biomoleculares (BMCs), podem regular processos biológicos concentrando ou sequestrando biomoléculas em uma fase densa enriquecida, enquanto limitam sua concentração na fase leve. Embora os BMCs tenham sido associados a vários processos virais, não há evidências suficientes de que a separação de fases contribua funcionalmente para a montagem da descendência viral infecciosa nas células infectadas.
Para investigar o papel potencial dos BMCs neste processo, os pesquisadores estudaram o adenovírus, um vírus de DNA de replicação nuclear. Como as proteínas de adenovírus envolvidas na replicação do genoma são distintas daquelas envolvidas na montagem de partículas e no empacotamento do genoma, os pesquisadores concluíram que focar nesse vírus permitiria dissecar e identificar mais facilmente o papel da separação de fases em processos virais específicos.
Por meio de uma variedade de técnicas, incluindo rotulagem de homopropargilglicina (HPG) e química de clique de fluoróforo, os pesquisadores demonstraram que a proteína de 52 kDa do adenovírus – uma proteína de montagem/embalagem dedicada – cria suas próprias estruturas sem membrana por meio da separação de fases e desempenha um papel crítico na a montagem coordenada de novas partículas infecciosas. Eles mostraram que não apenas a proteína de 52 kDa organiza as proteínas do capsídeo viral em BMCs nucleares, mas também que essa organização é essencial para a montagem de partículas empacotadas completas contendo genomas virais.
Além disso, os pesquisadores realizaram experimentos com um adenovírus mutante sem a proteína de 52 kDa e mostraram que os capsídeos incompletos se formaram na ausência de BMCs virais. Assim, os pesquisadores foram capazes de mostrar que, ao alterar a formação dessas estruturas sem membrana dentro da célula, a “linha de montagem” que produzia descendentes virais não funcionava mais adequadamente.
“Agora, conhecendo essas etapas, a questão é: poderíamos reprojetar os vírus com base nesse processo biológico para, por exemplo, nos tornarmos melhores veículos de entrega para inovações como a terapia genética?” disse o Dr. Charman. “Entender como os vírus são feitos abre um mundo onde poderíamos não apenas direcionar esses vírus de maneira mais eficaz no futuro, mas também criar ferramentas de terapia genética que não tenham as limitações das abordagens atuais de entrega”.
Esta pesquisa foi apoiada pelos subsídios do NIAID R01-AI145266 e R01-AI121321.