Schematisk representation av de huvudsakliga inträdesvägarna SARS-CoV-2 använder för infektion. Inträde börjar med membranfästning och slutar med S-protein-katalyserad membranfusion som frisätter virusinnehållet i cytosolen. Fusionsaktivitet beror på två proteolytiska klyvningssteg, nämligen det ena utförs typiskt av furin i den producerande cellen och det andra av TMPRSS2 på cellytan i endosomer av målcellen. Alternativt kan endosomala katepsiner utföra båda klyvningarna. Exponering av viruset för en sur miljö är avgörande för membranfusion, genompenetration och produktiv infektion. Fusion och penetrering sker endast i sura tidiga och sena endosomala/lysosomala kompartment men inte vid cellytan, även när furin- och TMPRSS2-klyvningarna båda har inträffat. Fusion och penetrering kan ske vid cellytan av celler som uttrycker TMPRSS2 om det extracellulära pH-värdet är ~6,8. Kredit:Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI:10.1073/pnas.2209514119
I ett första steg har forskare fångat på video alla steg som ett virus följer när det kommer in i och infekterar en levande cell i realtid och i tre dimensioner.
Forskare uppnådde bedriften genom att använda avancerad bildbehandling som kallas gitterljusarkmikroskopi samt kemisk och genetisk manipulation.
Den första delen av videon som visas här följer ett virus konstruerat för att spira SARS-CoV-2 spikproteiner (märkt rosa) när det fångas på en cellyta och uppslukas av ett cellulärt fack som kallas en endosom. Viruset smälter sedan samman med endosommembranet och injicerar dess genetiska material (märkt med blått) inuti cellen – de steg som krävs för att starta en cykel av virusinfektion och replikering.
Den andra delen av videon visar många sådana virus inuti cellen. Videon täcker 4 minuters aktivitet, med ögonblicksbilder tagna var 4:e sekund.
Resultaten publicerades 1 september i PNAS , ge nya insikter om virusinfektionens grundläggande mekanik och kan visa vägen till nya metoder för att ingripa innan covid-19 debuterar.
Forskarnas arbete avslöjar att virus inte kan smälta samman med membranet och frigöra sina genom om de inte badas i en lätt sur miljö. Experiment visade att pH-värdet måste falla mellan 6,2 och 6,8, bara blyg för neutralt och i nivå med kroppsvätskor som saliv och urin. Endosomer har sådan surhet, och teamets mätningar bekräftade att detta också är pH-intervallet inuti en typisk mänsklig näsa, där SARS-CoV-2-infektion ofta börjar.
"Roligt nog har mätning av pH i näsborrarna sällan gjorts tidigare", konstaterade medförfattaren Tomas Kirchhausen, professor i cellbiologi vid Blavatnik Institute vid Harvard Medical School och HMS professor i pediatrik vid Boston Children's Hospital.
Den sura miljön gör det möjligt för enzymer i endosomen eller på cellytan – inklusive TMPRSS2, en nyckelfaktor för SARS-CoV-2-infektion – att skära av spikeproteinet och underlätta membranfusion, fann teamet.
Arbetet leddes av labben i Kirchhausen; tidigare HMS-professor Sean Whelan, nu vid Washington University i St Louis; och Giuseppe Balistreri vid Helsingfors universitet. Alex Kreutzberger, HMS-instruktör i pediatrik i Kirchhausen-labbet, är första författare till uppsatsen. + Utforska vidare
