Lo studio mostra come il rotavirus porta a gravi malattie gastrointestinali

Il rotavirus è una delle principali cause di diarrea e vomito, soprattutto nei bambini, che si traduce in circa 128, 000 morti all'anno.

Il virus scatena la malattia infettando le cellule degli enterociti nell'intestino tenue, ma solo una frazione delle cellule sensibili ha il virus.

A metà degli anni '90, gli scienziati hanno proposto che la piccola porzione di cellule infette promuova malattie gravi inviando segnali che interrompono la normale funzione delle cellule vicine non infette, ma la natura del segnale è rimasta un mistero.

Nell'attuale studio pubblicato sulla rivista Scienza , un team guidato da ricercatori del Baylor College of Medicine ha scoperto che le cellule infettate da rotavirus rilasciano molecole di segnalazione, identificato come adenosina difosfato (ADP), che lega il suo recettore cellulare P2Y1 alle cellule vicine.

L'attivazione di P2Y1 da parte dell'ADP provoca segnali chiamati onde di calcio intercellulare in queste cellule non infette. L'interruzione del legame dell'ADP al suo recettore ha ridotto la gravità della diarrea in un modello murino della malattia, suggerendo che prendere di mira il P2Y1 potrebbe essere una strategia efficace per controllare la diarrea virale nelle popolazioni umane.

Nei nostri studi precedenti che utilizzavano sensori di calcio fluorescenti e imaging time-lapse, abbiamo scoperto che le cellule infettate da rotavirus mostrano segnali di calcio aberranti che possiamo visualizzare come impulsi luminosi di onde di calcio intercellulari che si irradiano dalle cellule infette. La segnalazione del calcio era nota per essere associata a vari aspetti dell'infezione da rotavirus e il nostro lavoro ha rivelato la natura dinamica delle alterazioni indotte dal rotavirus ."

Dott. Joseph Hyser, Studio Corrispondente Autore e Assistant Professor, Virologia e Microbiologia, Baylor College of Medicine

Hyser è anche membro dell'Alkek Center for Metagenomic and Microbiome Research presso Baylor. "Si sapeva che la segnalazione del calcio era associata a vari aspetti dell'infezione da rotavirus e il nostro lavoro ha rivelato la natura dinamica delle alterazioni indotte dal rotavirus".

Nello studio attuale, i ricercatori hanno condotto gli esperimenti utilizzando una dose più bassa del virus e hanno notato che non erano solo le cellule infettate dal virus a mostrare la segnalazione dinamica del calcio, ma anche le cellule adiacenti non infette che circondavano le cellule infette producevano impulsi di onde di calcio che erano coordinate con quelle delle cellule infette.

Questa osservazione ha suggerito che le cellule infette potrebbero innescare onde di calcio intercellulare nelle cellule non infette.

I ricercatori hanno collegato la loro osservazione a un concetto proposto a metà degli anni '90 suggerendo che le cellule infette da rotavirus inviano segnali alle cellule vicine non infette che interrompono la loro funzione, favorendo diarrea e vomito.

"I nostri video di microscopia a fluorescenza dal vivo che mostrano la segnalazione dell'onda di calcio intercellulare nelle cellule infette e non infette da rotavirus hanno fornito un mezzo senza precedenti per indagare sulla natura del segnale proposto, che non era stato identificato, " ha detto il primo autore, la dott.ssa Alexandra L. Chang-Graham, un M.D./Ph.D. studentessa del programma di formazione per scienziati medici che ha completato il suo dottorato di ricerca. tesi di lavoro nel laboratorio Hyser.

Trovare il segnale

Chang-Graham, Hyser ei loro colleghi hanno lavorato con tre diversi modelli di laboratorio per identificare il segnale che attiva le onde di calcio intercellulare sulle cellule non infette.

Hanno usato una linea cellulare di rene di scimmia comunemente usata per studiare il rotavirus. Hanno anche lavorato con enteroidi intestinali umani, un sistema di coltivazione che riassume molte delle caratteristiche dell'infezione umana e un modello murino neonatale di infezione da rotavirus e diarrea.

I loro studi hanno dimostrato che i sospetti fattori scatenanti delle onde di calcio, come la prostaglandina E2 e l'ossido nitrico, non ha suscitato una risposta di calcio. Poi hanno testato ATP e ADP, mediatori noti della segnalazione del calcio che non erano stati precedentemente associati all'infezione da rotavirus.

Hanno scoperto che le cellule infettate da rotavirus hanno attivato onde di calcio intercellulare rilasciando ADP che si lega al suo recettore, P2Y1, su cellule vicine non infette. Eliminando il gene P2Y1, che impedisce ad ADP di segnalare, riduzione delle onde di calcio intercellulare.

"Tra i tre sistemi modello abbiamo costantemente trovato prove che le cellule infettate da rotavirus segnalano cellule non infette con ADP e che ciò contribuisce alla gravità della malattia, " ha detto Chang-Graham. " Consideriamo un cambio di paradigma che il segnale effettivo, ADP, non era nemmeno sul radar prima".

La segnalazione dell'ADP è coinvolta nell'innescare gravi sintomi di rotavirus

Ulteriori studi hanno rivelato ruoli precedentemente sconosciuti dell'ADP sull'infezione e sulla replicazione del rotavirus, puntare i riflettori sull'ADP come importante fattore scatenante dei molteplici fattori coinvolti nella grave diarrea e nel vomito causati dal rotavirus.

Ad esempio, i ricercatori hanno trovato prove che la segnalazione dell'ADP aumenta l'infezione da rotavirus, l'espressione della citochina infiammatoria IL1-alfa e la secrezione di serotonina, un induttore di diarrea.

La segnalazione dell'ADP aumenta anche l'espressione degli enzimi che producono prostaglandine e ossido nitrico, potenzialmente causando gli aumenti di quei composti osservati nell'infezione da rotavirus. La prevenzione della segnalazione dell'ADP e delle onde di calcio intercellulare ha ridotto la produzione dei composti sopra menzionati.

"Finalmente, abbiamo determinato che l'inibizione del recettore P2Y1 riduceva la gravità della diarrea indotta da rotavirus in un modello murino, "Ha detto Chang-Graham.

"Utilizzando onde di calcio intercellulare, il rotavirus amplifica la sua capacità di causare malattie oltre le cellule che infetta direttamente. Questo è il primo virus identificato per attivare le onde di calcio intercellulare mediate dall'ADP. Questa potrebbe essere una strategia che anche altri virus usano per causare malattie nei loro ospiti".

"I nostri risultati aggiungono una nuova e molto potente via di segnalazione ai meccanismi causali della diarrea da rotavirus, " disse Hyser.

"In termini di trattamento, questo è eccitante perché attualmente alcuni farmaci mirati al P2Y1 sono sottoposti a test preclinici come farmaci anticoagulanti. È possibile che tali farmaci possano essere riutilizzati, se dimostrato di essere sicuro per i bambini, da usare per trattare la diarrea causata dall'infezione da rotavirus."

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