Studier viser hvordan rotavirus fører til alvorlig gastrointestinal sykdom

Rotavirus er en hovedårsak til diaré og oppkast, spesielt hos barn, som resulterer i omtrent 128, 000 dødsfall årlig.

Viruset utløser sykdommen ved å infisere enterocyttceller i tynntarmen, men bare en brøkdel av de mottakelige cellene har viruset.

På midten av 90-tallet, forskere foreslo at den lille delen av infiserte celler fremmer alvorlig sykdom ved å sende ut signaler som forstyrrer normalfunksjonen til naboinfiserte celler, men signalets natur har forblitt et mysterium.

I den nåværende studien publisert i tidsskriftet Vitenskap , et team ledet av forskere ved Baylor College of Medicine oppdaget at rotavirusinfiserte celler frigjør signalmolekyler, identifisert som adenosindifosfat (ADP), som binder sin cellulære reseptor P2Y1 på naboceller.

Aktivering av P2Y1 med ADP resulterer i signaler som kalles intercellulære kalsiumbølger i disse uinfiserte cellene. Å forstyrre ADP -bindingen til reseptoren reduserte alvorlighetsgraden av diaré i en musemodell av sykdommen, antyder at målretting mot P2Y1 kan være en effektiv strategi for å kontrollere viral diaré hos mennesker.

I våre tidligere studier med fluorescerende kalsiumsensorer og time-lapse-avbildning, vi oppdaget at rotavirusinfiserte celler viser avvikende kalsiumsignaler som vi kan visualisere som lyse pulser av intercellulære kalsiumbølger som stråler fra de infiserte cellene. Kalsiumsignalering var kjent for å være assosiert med forskjellige aspekter ved rotavirusinfeksjon, og vårt arbeid avslørte den dynamiske naturen til endringene forårsaket av rotavirus . "

Dr. Joseph Hyser, Studere tilsvarende forfatter og assisterende professor, Virologi og mikrobiologi, Baylor College of Medicine

Hyser er også medlem av Alkek Center for Metagenomic and Microbiome Research at Baylor. "Kalsiumsignalering var kjent for å være assosiert med forskjellige aspekter ved rotavirusinfeksjon, og vårt arbeid avslørte den dynamiske naturen til endringene forårsaket av rotavirus."

I den nåværende studien, forskerne gjennomførte eksperimentene med en lavere dose av viruset og la merke til at det ikke bare var de virusinfiserte cellene som viste dynamisk kalsiumsignalering, men også de tilstøtende uinfiserte cellene som omgir de infiserte cellene produserte pulser av kalsiumbølger som var koordinert med de infiserte cellene.

Denne observasjonen antydet at de infiserte cellene kunne utløse intercellulære kalsiumbølger i de ikke -infiserte cellene.

Forskerne koblet observasjonen sin til et konsept som ble foreslått på midten av 90-tallet, noe som antydet at rotavirusinfiserte celler sender signaler til nabo-infiserte celler som forstyrrer funksjonen, fremme diaré og oppkast.

"Våre videoer av levende fluorescerende mikroskopi som viser intercellulær kalsiumbølgesignalering i både rotavirusinfiserte og ikke-infiserte celler ga et enestående middel for å undersøke arten av det foreslåtte signalet, som ikke var identifisert, "sa første forfatter Dr. Alexandra L. Chang-Graham, en M.D./Ph.D. student i Medical Scientist Training Program som fullførte sin doktorgrad. avhandling som arbeider i Hyser -laboratoriet.

Finner signalet

Chang-Graham, Hyser og deres kolleger jobbet med tre forskjellige laboratoriemodeller for å identifisere signalet som utløser intercellulære kalsiumbølger på uinfiserte celler.

De brukte en nyrecellelinje av aper som vanligvis brukes til å studere rotavirus. De jobbet også med menneskelige tarm -enteroider, et dyrkingssystem som gjengir mange av egenskapene til den menneskelige infeksjonen og en nyfødt musemodell for rotavirusinfeksjon og diaré.

Studiene deres viste at mistenkte utløsere av kalsiumbølger, som prostaglandin E2 og nitrogenoksid, fremkalte ikke en kalsiumrespons. Så testet de ATP og ADP, kjente mediatorer for kalsiumsignalering som ikke tidligere hadde vært assosiert med rotavirusinfeksjon.

De fant at rotavirusinfiserte celler utløste intercellulære kalsiumbølger ved å frigjøre ADP som binder seg til reseptoren, P2Y1, på uinfiserte naboceller. Slå ut P2Y1 -genet, som forhindrer ADP i å signalisere, reduserte intercellulære kalsiumbølger.

"På tvers av de tre modellsystemene fant vi konsekvent bevis på at rotavirusinfiserte celler signaliserer uinfiserte celler med ADP, og at dette bidrar til alvorlighetsgraden av sykdommen, "Chang-Graham sa." Vi anser det som paradigmeskiftende at det faktiske signalet, ADP, var ikke engang på radaren før. "

ADP -signalering er involvert i å utløse alvorlige rotavirus -symptomer

Ytterligere studier avslørte tidligere ukjente roller for ADP for rotavirusinfeksjon og replikasjon, skinner søkelys på ADP som en viktig utløser av flere faktorer involvert i alvorlig diaré og oppkast forårsaket av rotavirus.

For eksempel, forskerne fant bevis på at ADP -signalering øker rotavirusinfeksjonen, uttrykk for inflammatorisk cytokin IL1-alfa og sekresjon av serotonin, en fremkaller av diaré.

ADP -signalering øker også uttrykket av enzymer som produserer prostaglandin og nitrogenoksid, potensielt forårsaker økningen i forbindelsene observert ved rotavirusinfeksjon. Forebygging av ADP -signalering og intercellulære kalsiumbølger reduserte produksjonen av forbindelsene nevnt ovenfor.

"Endelig, vi bestemte at inhibering av P2Y1-reseptoren reduserte alvorlighetsgraden av rotavirus-indusert diaré i en musemodell, "Sa Chang-Graham.

"Ved å bruke intercellulære kalsiumbølger, rotavirus forsterker dets evne til å forårsake sykdom utover cellene det direkte infiserer. Dette er det første viruset som ble identifisert for å aktivere ADP-medierte intercellulære kalsiumbølger. Dette kan være en strategi som andre virus også bruker for å forårsake sykdom hos vertene sine. "

"Våre funn legger til en ny og veldig kraftig signalvei til årsaksmekanismene til rotavirusdiaré, "Sa Hyser.

"Når det gjelder behandling, Dette er spennende fordi noen legemidler som er rettet mot P2Y1 for tiden gjennomgår prekliniske tester som anticlotting -legemidler. Det er mulig at slike medisiner kan brukes på nytt, hvis det viser seg å være trygt for barn, skal brukes til å behandle diaré forårsaket av rotavirusinfeksjon. "

• Forskere får et gjennombrudd når de studerer enzymet som er involvert i fiskeluktsyndrom
• Spesifikk bakteriell sRNA spiller en sentral rolle i symbiose mellom Vibrio fischeri og blekksprut