U radu objavljenom 28. februara u časopisu eLife, tim istraživača na čelu sa Aleksandrom Plosom sa Prinstona rešava debatu o ključnom proteinu u hepatitisu E (Hep E), koji bi mogao da otvori put razvoju tretmana za mali virus koji predstavlja ogromnu pretnju javnom zdravlju širom sveta.
U svom radu, istraživači predstavljaju novi model koji detaljno opisuje strukturu i funkciju proteina Hep E.
„Hepatitis E je slabo shvaćen RNK virus koji je odgovoran za oko 3 miliona simptomatskih infekcija i oko 70.000 smrtnih slučajeva godišnje“, rekao je Ploss, profesor na Odeljenju za molekularnu biologiju Prinstona.
Hep E se obično prenosi fekalnom kontaminacijom vode, hrane ili površina, tako da je virusna bolest češća u regionima sa lošim sanitarnim uslovima. Međutim, epidemije se javljaju i na mestima sa dobrim sanitarnim uslovima kada ljudi jedu kontaminiranu hranu kao što su kamila ili svinjetina. Zaraženi mogu imati groznicu, mučninu i žuticu; i iako se većina oporavi u roku od dve do osam nedelja, infekcija takođe može postati hronična. U nekima je fatalan.
„Nažalost, mnogi smrtni slučajevi se javljaju kod trudnica i njihove nerođene dece u kasnim fazama trudnoće, kao i među imunokompromitovanim,“ rekao je Ploss.
Trenutno, samo Kina ima licencu za vakcinu za sprečavanje infekcije Hep E, a ne postoje lekovi za lečenje bolesti kada se infekcija ustanovi. Šteta koju izaziva Hep E je utoliko značajnija jer je virus tako veoma mali; njegov genom je dugačak oko 7.200 nukleotida i sadrži uputstva za pravljenje samo tri proteina.
„Struktura i funkcija najvećeg proteina hepatitisa E, koji se naziva otvoreni okvir čitanja 1 – ORF1 – slabo je shvaćena“, rekao je Ploss.
ORF1 je multifunkcionalni protein čiji je zadatak da napravi kopije genetskog materijala virusa za ugradnju u nove virione. Duž svoje dužine, sadrži nekoliko različitih regiona od kojih svaki ima različite funkcije. Mnogi od ovih regiona su već okarakterisani, ali veličina i složenost ORF1 su učinili protein toliko teškim za proučavanje da do sada istraživači još uvek nisu razumeli kako jedan region funkcioniše.
„Naš rad je imao za cilj da dešifrujemo kako određeni region ORF1 funkcioniše, jer trenutno postoji debata na terenu o ovoj temi“, rekao je Robert LeDesma, dr. diplomirani i prvi autor studije, koji je istraživanje obavio kao diplomirani student u Plosovoj laboratoriji.
Debata se usredsređuje oko ideje da bi ovaj deo ORF1 mogao da funkcioniše kao proteaza (to jest, protein koji seče druge proteine). Mnogi virusi kodiraju proteazu u svojim genomima, bilo da bi preradili virusne proteine u njihov aktivni oblik ili da bi isključili proteine domaćina koji mogu da se suprotstave infekciji. Međutim, kada njihovi početni eksperimenti nisu podržali ideju da ovaj region ima aktivnost proteaze, tim sa Prinstona je morao da razmotri druge hipoteze.
Jedna upečatljiva karakteristika područja koje su proučavali bilo je prisustvo uzorka ili motiva koji sadrži osam primeraka amino kiseline cisteina. Ovaj motiv se pojavljuje u svakom do sada proučavanom genomu Hep E, što sugeriše da je veoma važan za ORF1. Zaista, tim iz Prinstona je otkrio da ORF1 više ne može pomoći u replikaciji Hep E ako se bilo koje od centralnih jezgara šest cisteina promeni u drugu aminokiselinu.
Tražeći nagoveštaje o tome šta bi ovaj misteriozni region mogao da uradi, istraživači su pretražili baze podataka proteina za druge proteine koji sadrže isti motiv, ali čija je funkcija već poznata. Kraća verzija motiva koja sadrži samo šest cisteina prisutna je u proteinima koji vezuju jon metala (kao što su magnezijum ili cink) kako bi se stabilizovao njihov trodimenzionalni oblik. LeDesma i kolege su zaključili da ako oblast koja sadrži ORF1-ov motiv bogat cisteinom ima sličnu funkciju, onda bi njegov 3D oblik trebalo da liči na regione koji se vezuju za metal u tim drugim proteinima.
Drugi istraživački timovi su pokušali, ali nisu uspeli da odrede 3D oblik ovog dela ORF1 koristeći pristupe kao što su NMR spektroskopija i rendgenska kristalografija, jer je ovaj deo proteina veoma poremećen i teži da poprimi različite nasumične oblike, a ne jednostruka kruta.
Stoga su istraživači umesto toga koristili računarski algoritam nazvan AlphaFold da predvide 3D oblik regiona. AlphaFold je predvideo da ORF1 sadrži novu verziju karakteristike zajedničke proteinima koji vezuju metal, poznatu kao „cink-prst“, koja je potrebna za interakciju sa metalnim jonima. Naknadni eksperimenti su pokazali da je sposobnost vezivanja jona metala neophodna da ORF1 obavlja svoje funkcije u replikaciji virusa.
„Otkrili smo da se ORF1 ponaša kao molekularna skela; vezuje se za metalne jone unutar ćelije kako bi poprimio vrlo specifičan oblik koji joj omogućava da pravilno funkcioniše“, rekao je LeDesma.
Drugim rečima, podaci sugerišu da ovaj region ORF1 ne funkcioniše kao proteaza, već radi na strukturnoj podršci ostatku proteina. Sa jasnijom slikom ORF1, naučnici su sada u boljoj poziciji da počnu da ga napadaju.
„Naš rad pruža sveobuhvatan model strukture i funkcije ORF1 koji može da doprinese razvoju novih terapija za ovaj nedovoljno proučavan humani virusni patogen“, rekao je Ploss.
