Colto in flagrante
I ricercatori hanno decifrato il processo attraverso il quale il virus dell'influenza ruba il tappo dell'RNA dell'ospite per replicarsi
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La stagione fredda è in pieno svolgimento, la gola gratta e il naso cola. Ci sentiamo male e speriamo che non sia influenza. Il virus dell'influenza continua a rappresentare una minaccia per la nostra salute. Scatena epidemie stagionali e, di tanto in tanto, pandemie globali potenzialmente gravi. I farmaci antivirali esistenti sono spesso meno efficaci di quanto sperato perché il virus dell'influenza muta rapidamente per sfuggire al loro effetto. Di conseguenza, anche i vaccini devono essere adattati ogni anno. Tuttavia, i virus influenzali hanno un "tallone d'Achille" che può essere sfruttato a fini terapeutici: la macchina copiatrice virale. I ricercatori di Göttingen, in collaborazione con colleghi di istituti di ricerca francesi, hanno ora osservato in dettaglio molecolare come la macchina copiatrice virale esegue uno dei passaggi chiave necessari per la replicazione virale. Hanno reso visibile come il virus dell'influenza interagisca con la macchina copiatrice dell'ospite e rubi il tappo dell'RNA dell'ospite per utilizzarlo per sé.
L'immagine mostra la struttura 3D della polimerasi dell'influenza (FluPol) in stallo appena prima di rubare la struttura del cappuccio dal complesso della RNA polimerasi trascrizionale umana (Pol II). Il sito di clivaggio di FluPol si trova all'uscita dell'RNA di Pol II, pronto a clippare la struttura del cappuccio.
© Alexander Rotsch / Max Planck Institute for Multidisciplinary Sciences
Furto molecolare
I virus dell'influenza sono virus a RNA con un genoma costituito da RNA a singolo filamento. Come altri virus, il virus dell'influenza introduce di nascosto il proprio materiale genetico nella cellula ospite e utilizza il repertorio molecolare dell'ospite per produrre nuove particelle virali. In questo modo, il virus dell'influenza aggira efficacemente le misure protettive della cellula ospite. Rubando il cappuccio di RNA dell'ospite, il virus dell'influenza non solo promuove la propria replicazione, ma aggira anche una delle misure protettive della cellula ospite.
Le "macchine copiatrici" molecolari della cellula ospite e del virus, entrambe note come polimerasi, svolgono un ruolo chiave in questo processo. Nella cellula ospite, la polimerasi umana ha il compito di trascrivere il DNA genomico in pre-mRNA. Il pre-mRNA, nelle prime fasi della sua sintesi, è contrassegnato da una struttura chimica all'inizio, chiamata cappuccio. Il cappuccio è assolutamente necessario per consentire all'mRNA maturo di fungere da modello per la creazione delle proteine. Inoltre, il cappuccio contrassegna l'RNA della cellula come "autonomo" e innocuo. Se manca il cappuccio protettivo, il sistema immunitario riconosce l'RNA come estraneo e potenzialmente dannoso, innescando una risposta antivirale.
"La maggior parte dei virus dispone di meccanismi propri per attaccare il cappuccio, nascondendo così il proprio mRNA al sistema immunitario dell'ospite. Tuttavia, il virus dell'influenza non ha questa capacità. Invece, la sua polimerasi ha evoluto un meccanismo unico di cattura del tappo. Nell'ambito di una collaborazione internazionale siamo riusciti a visualizzare questo processo in dettaglio molecolare", spiega Patrick Cramer della Max Planck Society e ultimo autore dello studio pubblicato sulla rivista scientifica Nature.
Abilmente mascherato
Quello che si sa da molti anni è che per marcare i propri mRNA con l'importantissima struttura del cappuccio, la macchina copiatrice del virus dell'influenza, chiamata FluPol, va a caccia, rubando il cappuccio dall'RNA dell'ospite. La cellula ospite riconosce quindi l'mRNA virale come modello per la produzione di proteine e inizia a produrre tutte le proteine necessarie alla replicazione virale. È già noto che FluPol interagisce con il macchinario di copiatura dell'ospite durante questo furto. Tuttavia, il meccanismo dettagliato è rimasto poco chiaro.
"L'esatto funzionamento del cap-snatching è stato per anni un rompicapo nel campo dell'influenza", afferma Stephen Cusack dell'EMBL di Grenoble (Francia), un pioniere nell'analisi strutturale di FluPol. "Si richiede che il FluPol dirotti il normale corso della sintesi dell'RNA dell'ospite, deviandolo a vantaggio del virus e a scapito della cellula. Per risolvere questo enigma, abbiamo unito le forze con Patrick Cramer, leader mondiale delle polimerasi cellulari".
Un team di ricerca interdisciplinare guidato da Patrick Cramer, Stephen Cusack e Nadia Naffakh presso l'Institut Pasteur di Parigi ha ora rivelato, per la prima volta, come avviene il cap-snatching. Con esperimenti biochimici, il team di ricerca è riuscito a ricostituire il processo in provetta. Hanno fermato la reazione in varie fasi e hanno usato la microscopia crioelettronica per visualizzare le strutture e le interazioni delle proteine coinvolte in tre dimensioni e con una risoluzione quasi atomica.
Furto in tre fasi
"Abbiamo scoperto che il furto di tappi può essere suddiviso in tre fasi principali", riferisce Alexander Rotsch, ex dottorando presso il Dipartimento di Biologia Molecolare dell'Istituto Max Planck (MPI) per le Scienze Multidisciplinari e uno dei primi autori dello studio. Nella prima fase, FluPol si lega alla macchina copiatrice umana (chiamata RNA polimerasi o Pol II), mentre produce un RNA ospite, subito dopo l'aggiunta del cappuccio. Questa fase prevede che entrambe le polimerasi adattino le loro strutture per essere in grado di combinarsi intimamente. Successivamente, FluPol taglia un piccolo pezzo dell'RNA ospite che include il cappuccio e porta l'estremità appena creata dell'RNA strappato al suo centro attivo. Nella fase finale, FluPol estende l'RNA strappato, utilizzando l'RNA genomico virale come modello. "Una volta completato, l'mRNA virale ha l'aspetto di un mRNA dell'ospite, pienamente funzionale alla produzione di proteine virali ma invisibile al sistema immunitario dell'ospite".
I ricercatori hanno anche dimostrato che, oltre alle due macchine copiatrici, un terzo partner è fondamentale per il cap-snatching: la proteina helper DSIF, che regola l'attività della Pol II umana. "Essere in grado di osservare l'esatta sequenza e le interazioni dei partner proteici in dettaglio molecolare colma un'importante lacuna nella nostra comprensione di come uno dei patogeni virali più comuni sia in grado di replicarsi nelle cellule umane", riassume Christian Dienemann, capogruppo del progetto presso il Dipartimento di Biologia Molecolare e responsabile della Facility for Cryo-Electron Microscopy del MPI.
Inibire il FluPol per combattere l'influenza
Il fatto che il FluPol sia essenziale per la replicazione del virus dell'influenza lo rende anche il suo "tallone d'Achille". Per questo motivo, i farmaci per il trattamento dell'influenza mirano, tra l'altro, a bloccare la capacità di FluPol di effettuare il cap-snatching, impedendo così la replicazione del virus. "Abbiamo scoperto che FluPol è meno attivo anche quando abbiamo alterato i siti in cui si lega al complesso Pol II-DSIF umano. Abbiamo anche dimostrato questo effetto inibitorio su FluPol nelle cellule viventi", riferisce Maud Dupont, autrice principale dello studio e dottoranda presso il laboratorio di Nadia Naffakh dell'Institut Pasteur. Queste interazioni tra il virus e l'ospite potranno essere utilizzate in futuro per sviluppare nuovi farmaci per tenere sotto controllo il virus dell'influenza.
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Pubblicazione originale
Alexander Helmut Rotsch, Delong Li, Maud Dupont, Tim Krischuns, Ute Neef, Christiane Oberthür, Alice Stelfox, Maria Lukarska, Isaac Fianu, Michael Lidschreiber, Nadia Naffakh, Christian Dienemann, Stephen Cusack, Patrick Cramer; "Mechanism of co-transcriptional cap snatching by influenza polymerase"; Nature, 2026-3-4
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