กระบวนการประกอบที่ซับซ้อนเกี่ยวข้องกับการจำลองดีเอ็นเอของไวรัส

Matthew Charman, PhD, ผู้ร่วมวิจัยใน Weitzman Lab ที่โรงพยาบาลเด็กแห่งฟิลาเดลเฟียกล่าวว่า "การศึกษานี้ตอบคำถามที่สำคัญโดยพื้นฐาน: กรดนิวคลีอิกของไวรัสเข้าไปในอนุภาคได้อย่างไร เพื่อให้ลูกหลานของไวรัสสามารถส่งไปยังเซลล์ได้ "การค้นพบนี้มีความหมายกว้าง ตั้งแต่การแทรกแซงการรักษาที่เป็นไปได้ ไปจนถึงการส่งมอบยีนบำบัดที่ดีขึ้น นอกเหนือจากการขยายความเข้าใจของเราเกี่ยวกับชีววิทยาของเซลล์ขั้นพื้นฐาน" ไวรัสจี้กระบวนการเซลล์โฮสต์เพื่อทำซ้ำและผลิตลูกหลานที่ติดเชื้อซึ่งเป็นกุญแจสำคัญสำหรับการแพร่กระจายและการส่งไวรัส ในการทำเช่นนั้น พวกเขาต้องจำลองจีโนมของไวรัสและบรรจุจีโนมเหล่านั้นให้เป็นอนุภาคของไวรัส เพื่อให้วัฏจักรของการติดเชื้อสามารถดำเนินต่อไปได้ อย่างไรก็ตาม ไม่ค่อยมีใครรู้ว่าการจำลองแบบจีโนม การประกอบอนุภาค และการบรรจุจีโนมประสานกันอย่างไรในสภาพแวดล้อมนิวเคลียร์ที่แออัด "หากเราคิดว่าการจำลองแบบของไวรัสเป็นสายการประกอบนมแบบเก่า เรารู้ว่าขวดนมเกิดขึ้นมาอย่างไรและบรรจุออกมาได้อย่างไร แต่ก่อนที่จะมีการศึกษานี้ กระบวนการบรรจุขวดนมเป็นเหมือนกล่องดำ" ผู้เขียนอาวุโส Matthew D. Weitzman, PhD, ศาสตราจารย์ภาควิชาพยาธิวิทยาและเวชศาสตร์ในห้องปฏิบัติการของ CHOP กล่าว "ผลการวิจัยของเราชี้ให้เห็นว่าอนุภาคของไวรัสก่อตัวขึ้นรอบๆ จีโนมของไวรัส หลายคนขยายความอุปมาอุปไมยว่าจะต้องผลิตขวดนมก่อนเติม แต่กลับกลายเป็นว่าขวดเกิดขึ้นรอบๆ นม นำโดยดร. ชาร์แมน เราได้แสดงให้เห็นว่ากระบวนการทางชีวฟิสิกส์ที่เรียกว่าการแยกเฟสช่วยให้กระบวนการนี้เกิดขึ้นอย่างเป็นระเบียบและประสานกัน" หลักฐานที่เกิดขึ้นใหม่บ่งชี้ว่าช่องที่ไม่มีเยื่อหุ้มก่อตัวขึ้นภายในเซลล์ที่ติดเชื้อ ไวรัส โดยการแยกเฟส ช่องที่ไม่มีเยื่อเมมเบรนเหล่านี้เรียกว่าคอนเดนเสทชีวโมเลกุล (BMCs) สามารถควบคุมกระบวนการทางชีววิทยาโดยการรวมหรือแยกสารชีวโมเลกุลออกจากเฟสที่มีความหนาแน่นสูง ในขณะที่จำกัดความเข้มข้นในเฟสแสง แม้ว่า BMC จะเชื่อมโยงกับกระบวนการของไวรัสหลายอย่าง แต่ก็ไม่มีหลักฐานเพียงพอว่าการแยกเฟสมีส่วนช่วยในการรวมตัวของลูกหลานของไวรัสที่ติดเชื้อในเซลล์ที่ติดเชื้อ เพื่อตรวจสอบบทบาทที่เป็นไปได้ของ BMC ในกระบวนการนี้ นักวิจัยได้ศึกษา adenovirus ซึ่งเป็นไวรัส DNA ที่จำลองด้วยนิวเคลียร์ เนื่องจากโปรตีนของไวรัส adenovirus ที่เกี่ยวข้องกับการจำลองแบบของจีโนมแตกต่างจากโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการประกอบอนุภาคและการบรรจุจีโนม นักวิจัยจึงให้เหตุผลว่าการมุ่งเน้นไปที่ไวรัสนี้จะช่วยให้พวกเขาสามารถแยกและระบุบทบาทของการแยกเฟสในกระบวนการของไวรัสที่เฉพาะเจาะจงได้ง่ายขึ้น ด้วยเทคนิคต่างๆ มากมาย รวมถึงการติดฉลากแบบโฮโมโพรพาร์จิลไกลซีน (HPG) และการใช้ฟลูออโรฟอร์คลิกเคมี นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าโปรตีนอะดีโนไวรัส 52 กิโลดาตัน ซึ่งเป็นโปรตีนประกอบ/บรรจุภัณฑ์โดยเฉพาะ สร้างโครงสร้างแบบไร้เมมเบรนผ่านการแยกเฟส และมีบทบาทสำคัญใน การรวมตัวกันของอนุภาคติดเชื้อใหม่ พวกเขาแสดงให้เห็นว่าโปรตีน 52 kDa ไม่เพียง แต่จัดระเบียบโปรตีน capsid ของไวรัสให้เป็น BMCs นิวเคลียร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงองค์กรนี้ที่จำเป็นสำหรับการประกอบอนุภาคบรรจุหีบห่อที่สมบูรณ์ซึ่งมีจีโนมของไวรัส นอกจากนี้ นักวิจัยได้ทำการทดลองกับ adenovirus ที่กลายพันธุ์ซึ่งขาดโปรตีน 52 kDa และแสดงให้เห็นว่า capsids ที่ไม่สมบูรณ์นั้นก่อตัวขึ้นในกรณีที่ไม่มี BMC ของไวรัส ดังนั้น นักวิจัยจึงสามารถแสดงให้เห็นว่าโดยการปรับเปลี่ยนการก่อตัวของโครงสร้างที่ไม่มีเยื่อหุ้มเหล่านี้ภายในเซลล์ ทำให้ "สายการประกอบ" ที่ผลิตลูกหลานของไวรัสไม่ทำงานอย่างถูกต้องอีกต่อไป "เมื่อรู้ขั้นตอนเหล่านี้แล้ว คำถามก็คือ เราสามารถรื้อปรับระบบไวรัสตามกระบวนการทางชีววิทยานี้ ให้กลายเป็นวิธีการนำส่งที่ดีขึ้นสำหรับนวัตกรรมต่างๆ เช่น การบำบัดด้วยยีนได้หรือไม่" นพ.เสน่ห์ กล่าว "การทำความเข้าใจว่าไวรัสเกิดขึ้นมาได้อย่างไรจะเปิดโลกที่เราไม่เพียงแต่สามารถกำหนดเป้าหมายไปที่ไวรัสเหล่านั้นได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นในอนาคต แต่ยังสร้างเครื่องมือบำบัดด้วยยีนที่ไม่มีข้อจำกัดของวิธีการนำส่งในปัจจุบัน"