Stanford-UCSF-forskare rapporterar nytt botemedel mot förkylning i mänskliga celler och möss

Om du tillfälligt inaktiverar ett enda protein i våra celler kan du skydda oss från förkylning och andra virussjukdomar, enligt en studie som leds av forskare vid Stanford University och University of California-San Francisco.

Fynden gjordes i humana cellkulturer och hos möss.

Våra mormor har alltid frågat oss, 'Om du är så smart, varför har du inte kommit på ett botemedel mot förkylning? Nu har vi ett nytt sätt att göra det. "

Jan Carette, Doktorsexamen, docent i mikrobiologi och immunologi

Tillvägagångssättet att rikta in proteiner i våra egna celler fungerade också för att stoppa virus i samband med astma, encefalit och polio.

Förkylning, eller icke-influensarelaterade övre luftvägsinfektioner, är för det mesta en veckolång olägenhet. De är också världens vanligaste infektionssjukdom, kostar USA:s ekonomi uppskattningsvis 40 miljarder dollar om året. Minst hälften av alla förkylningar är resultatet av rhinovirusinfektioner. Det finns ungefär 160 kända typer av rhinovirus, vilket hjälper till att förklara varför förkylning inte hindrar dig från att få en till en månad senare. Gör saken värre, rhinovirus är mycket mutationsbenägna och, som ett resultat, snabb att utveckla läkemedelsresistens, samt att undvika immunövervakningen som orsakats av tidigare exponering eller ett vaccin.

I en studie som ska publiceras online den 16 september Naturmikrobiologi , Carette och hans medarbetare hittade ett sätt att stoppa ett brett spektrum av enterovirus, inklusive rhinovirus, från att replikera inuti mänskliga celler i kultur, liksom hos möss. De uppnådde denna prestation genom att inaktivera ett protein, i däggdjursceller och som alla enterovirus verkar behöva för att replikera.

Carette delar seniorförfattarskap med Or Gozani, MD, Doktorsexamen, professor i biologi vid Stanford och doktor Morris Herzstein professor i biologi; Raul Andino, Doktorsexamen, professor i mikrobiologi och immunologi vid UCSF; och Nevan Krogan, Doktorsexamen, professor i cellulär och molekylär farmakologi vid UCSF. Huvudförfattarna är den tidigare Stanford -doktoranden Jonathan Diep, Doktorsexamen, och Stanford postdoktorer Yaw Shin Ooi, Doktorsexamen, och Alex Wilkinson, Doktorsexamen.

Välkänd och fruktad

Ett av de mest kända och fruktade enterovirusen är poliovirus. Fram till början av ett effektivt vaccin på 1950 -talet, viruset stavade förlamning och död för många tusentals barn varje år bara i USA. Sedan 2014 har en annan typ av enterovirus, EV-D68, har varit inblandad i förbryllande tvååriga utbrott av en polioliknande sjukdom, akut slapp myelit, i USA och Europa. Andra enterovirus kan orsaka encefalit och myokardit - inflammation i hjärnan och hjärtat, respektive.

Liksom alla virus, enterovirus reser lätt. För att replikera, de drar fördel av proteiner i cellerna de infekterar.

För att se vilka proteiner i mänskliga celler som är avgörande för enteroviral fekunditet, utredarna använde en genombred skärm som utvecklats i Carettes laboratorium. De genererade en odlad rad mänskliga celler som enterovirus kan infektera. Forskarna använde sedan genredigering för att slumpmässigt inaktivera en enda gen i var och en av cellerna. Den resulterande kulturen innehöll, totalt sett, celler som saknar en eller annan av varje gen i vårt genom.

Forskarna infekterade kulturen med RV-C15, ett rhinovirus som är känt för att förvärra astma hos barn, och sedan med EV-C68, implicerad vid akut slapp myelit. I varje fall, vissa celler lyckades överleva infektioner och få kolonier. Forskarna kunde avgöra vilken gen i varje överlevande koloni som hade slagits ur drift. Medan både RV-C15 och EV-D68 båda är enterovirus, de är taxonomiskt distinkta och kräver olika värdcellsproteiner för att utföra sina replikeringsstrategier. Så, de flesta av de mänskliga generna som kodar för proteinerna varje viraltyp som behövs för att trivas var olika, för. Men det fanns bara en handfull enskilda gener vars frånvaro kvävde båda typernas förmåga att komma in i celler, återskapa, rusa ut ur sina mobilrum och invadera nya celler. En av dessa gener utmärkte sig särskilt. Denna gen kodar för ett enzym som kallas SETD3. "Det var helt klart viktigt för viral framgång, men man visste inte mycket om det, "Sa Carette.

Forskarna genererade en kultur av mänskliga celler som saknar SETD3 och försökte infektera dem med flera olika typer av enterovirus-EV-D68, poliovirus, tre olika typer av rhinovirus och två sorter av coxsackievirus, som kan orsaka myokardit. Inget av dessa virus kunde replikera i de SETD3-bristfälliga cellerna, även om alla visade sig kunna plundra celler vars SETD3-producerande förmåga återställdes.

Forskarna observerade en 1, 000-faldig minskning av ett mått på viral replikation inuti mänskliga celler som saknar SETD3, jämfört med kontroller. Slår ut SETD3-funktionen i humana bronkiala epitelceller infekterade med olika rhinovirus eller med EV-D68 cut-replikation cirka 100 gånger.

Ogenomträngliga möss

Möss som är bioteknikerade för att helt sakna SETD3 växte till uppenbarligen frisk vuxen ålder och var fertila, men de var ogenomträngliga för infektion av två distinkta enterovirus som kan orsaka paralytisk och dödlig encefalit, även när dessa virus injicerades direkt i mössens hjärnor strax efter att de var nyfödda.

"Till skillnad från normala möss, de SETD3-bristande mössen var helt opåverkade av viruset, "Carette sa." Det var viruset som var dött i vattnet, inte musen. "

Enterovirus, forskarna lärde sig, har ingen användning för den sektion av SETD3 som celler använder för rutinmässig enzymatisk aktivitet. Istället, enterovirus vagnar runt ett protein vars interaktion med en annan del av SETD3 -molekylen, på något ännu okänt sätt, är nödvändig för deras replikering.

"Detta ger oss hopp om att vi kan utveckla ett läkemedel med bred antiviral aktivitet mot inte bara förkylning utan kanske alla enterovirus, utan att ens störa SETD3:s regelbundna funktion i våra celler, "Sa Carette.

Carette och Gozani är medlemmar i Stanford Bio-X och Stanford Maternal &Child Health Research Institute, liksom fakultetsstipendiater vid Stanford ChEM-H. Gozani är medlem i Stanford Cancer Institute.

• Tarmbakteriella förändringar påverkar lupusbehandlingsresultat under graviditet
• Ny insats för att studera gastrointestinala gaser och deras inflytande på tarmsjukdomar