Molecola del Mese
di David S. Goodsell
trad di Mauro Tonellato

Virus Dengue


Molecola del Mese di Luglio 2008

Virus Dengue
Il virus dengue è una delle principali cause di morte nei paesi tropicali di tutto il mondo perchè provoca una febbre emorragica chiamata dengue (dall'arabo arcaico debolezza). La sua diffusione è limitata soprattutto ai paesi tropicali perché è trasmesso da una zanzara tropicale (Aedes aegypti), ma, anche con questa limitazione, 50 - 100 milioni di persone vengono infettate ogni anno. Le persone infettate manifestano febbre elevata, forti mal di testa, dolori muscolari e articolari, nausea, vomito, eruzioni cutanee simili al morbillo. In alcuni casi, però, il virus può indebolire il sistema circolatorio e provocare emorragie mortali. I ricercatori stanno studiando attivamente il virus per sviluppare farmaci che curino l'infezione e vaccini che la possano prevenire.

Il Genoma del Virus Dengue
Il virus Dengue è un piccolo virus che contiene una singola catena di RNA che costituisce il suo genoma. Questo codifica solo per dieci proteine. Tre sono proteine strutturali che formano la capside del virus e trasportano l'RNA nella cellula bersaglio, mentre le altre sette sono proteine non strutturali che governano la produzione di nuovi virus dopo che il virus è entrato nella cellula. La proteina strutturale esterna, chiamata proteina involucro, è mostrata qui a lato (file PDB 1k4r). Il virus è avvolto in una membrana lipidica e 180 copie identiche della proteina involucro sono legate alla superficie della membrana per mezzo di un breve segmento che la attraversa. Il compito della proteina involucro è quello di legarsi alla superficie della cellula bersaglio e di iniziare il processo di infezione.

Un Inserimento Mortale
Nella forma infettiva del virus, 180 molecole di proteina involucro aderiscono alla superficie del virus formando una parete liscia dalla forma di una grossa sfera o meglio di un icosaedro.
Costruisci il modello del virus con un foglio di carta ! ! => virus 3D <=
Poi, quando il virus entra nella cellula viene catturato dai lisosomi. L'ambiente acido all'interno di questi fa cambiare di forma alla proteina involucro che si riorganizza in gruppi di sole tre catene formando delle strutture a forma di lancia come quella mostrata qui a lato (file PDB 1ok8). Più amminoacidi apolari si vengono a trovare vicini tra loro sulla punta della lancia, evidenziati in rosso, e si inseriscono nella membrana dei lisosomi consentendo così al virus di fondersi con essi. In questo modo l'RNA virale attraversa la parete dei lisosomi, entra nel citoplasma della cellula e l'infezione inizia.
La proteina emoagglutinina (mdm aprile 2006), che si trova sulla superficie del virus dell'influenza, adotta una strategia simile, ma le due proteine usano un meccanismo del tutto diverso per ottenere lo stesso risultato.

La Ricerca di un Vaccino per la Dengue
Il vaccino per la dengue si è rivelato difficile da realizzare, perchè ci sono quattro sottotipi di virus dengue, ognuno con proteine virali lievemente diverse. Inoltre, la malattia mortale della febbre emorragica dengue si verifica quando una persona, già infettata da un sottotipo, viene infettata da un secondo sottotipo. Gli anticorpi formati contro il primo sottotipo, aggravano l'infezione del secondo, invece di fornire una generica protezione contro tutti i sottotipi. Questo implica che un vaccino efficace deve stimolare anticorpi contro tutti i quattro sottotipi, un obiettivo che non è ancora stato raggiunto.

Costrure Nuovi Virus
Il virus Dengue, oltre alle proteine per realizzare la capside, costruisce altre proteine per creare nuovi virus quando si trova all'interno della cellula. Due delle più grandi sono mostrate qui. Entrambe sono proteine multifunzionali cioè sono composte da più enzimi che coesistono nella stessa catena.
La proteina mostrata qui a lato sulla sinistra, NS5 (file PDB 1l9k e 2j7w) è una metiltrasferasi e anche una polimerasi.
Quella sulla destra, NS3 (file PDB 2vbc) è una proteasi e una elicasi.
Ognuno di questi enzimi svolge un ruolo diverso nel ciclo vitale del virus. La polimerasi sintetizza nuove catene di RNA usando come stampo l'RNA virale, l'elicasi aiuta a separare queste due catene e la metiltrasferasi addiziona dei gruppi metilici nella parte terminale delle nuove catene per proteggerle e per consentire ai ribosomi della cellula iinfettata di legarsi a questo RNA per creare le corrispondenti proteine virali. In realtà viene sintetizzata una lunga poliproteina che include tutte le proteine virali e che alla fine deve essere tagliata nelle varie unità funzionali dalla proteasi.
La piccola catena colorata in blu nella figura, è una porzione di un'altra proteina virale, NS2B, che assiste la proteasi nella sua attività.

Esplorando la Struttura
Per studiare i vari aspetti del ciclo vitale del virus dengue è stata utilizzata la microscopia crioelettronica .
Per esempio, per ottenere la struttura qui a fianco, dapprima si è ottenuta un'immagine del virus a bassa risoluzione con la microscopia crioelettronica, una tecnica non abbastanza dettagliata per mostrare gli atomi. Poi la struttura atomica di ogni singola catena proteica è stata inserita nel modello 3D a bassa risoluzione per ottenere la struttura finale.
L'immagine qui a lato è stata ottenuta assemblando l'unità ripetente costituita da solo tre catene di proteina involucro legate all'anticorpo Fab (file PDB 2r6p 49 Kb), fino ad ottenere la struttura completa (file PDB 2r6p_bio 2,5 Mb). La proteina involucro (bianca) è assemblata in 180 unità e costituisce la superficie del virus, è legata a molti frammenti di anticorpo Fab (blu) legati alle proteine involucro virali.
Analizzando attentamente questa struttura, i ricercatori hanno scoperto che gli anticorpi distorcono l'assetto delle proteine involucro, bloccando il loro normale meccanismo di infezione.

Altre strutture di virus dengue mostrano forme immature del virus come, ad esempio, il file PDB 1n6g (30 Kb) con solo l'unità ripetente, oppure il file PDB 1n6g_bio (1,5 Mb) completo.
Esistono anche strutture che includono alcune porzioni più interne del rivestimento virale che poi si distribuiscono sulla membrana come il file PDB 1p58 con solo l'unità ripetente, oppure il file PDB 1p58_bio (2,1 Mb) completo
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Bibliografia

S. Mukhopadhyay, R. J. Kuhn and M. G. Rossmann (2005) A structural perspective of the Flavivirus life cycle. Nature Reviews Microbiology 3, 13-22.

S. S. Whitehead, J. E. Blaney, A. P. Durbin and B. R. Murphy (2007) Prospects for a dengue virus vaccine. Nature Reviews Microbiology 5, 518-528.

S. B. Halstead (2007) Dengue. Lancet 370, 1644-1652.

R.-F. Qi, L. Zhang and C.-W. Chi (2008) Biological characteristics of dengue virus and potential targets for drug design. Acta Biochimica et Biophysica Sinica 40, 91-101.