Molekylär virologen Chad Petit, Ph.D., använder grundläggande vetenskap för att bekämpa influensa – genom experiment på atomnivå.

Detta inkluderar ett dödligt fjäderfäinfluensavirus i Kina som kallas fågelinfluensaviruset H7N9. Sedan 2013, H7N9 har infekterat 1, 625 personer, döda 623. Även om det inte är särskilt smittsamt för människor, bara tre mutationer kan ändra det, gör H7N9 till den fruktade sjukdomen X, termen hälsoexperter använder för nästa okända orsak till en världsomspännande epidemi.

I forskning för att förbättra influensabehandlingar mot H7N9 och andra influensastammar, Petit och hans kollegor vid University of Alabama i Birmingham har detaljerat bindningsstället och hämningsmekanismen för två experimentella hämmare av små molekyler av influensavirus. Deras rapport publiceras i Journal of Biological Chemistry .

De två experimentella inhibitorer som studerats av Petit, en UAB -biträdande professor i biokemi och molekylär genetik, är små molekyler vars exakta verkningsmekanism var okänd. Hämmarna riktar sig till funktionen hos ett nyckelinfluensaprotein som kallas NS1, som har flera roller för att blockera kroppens immunsvar under influensainfektion. Således, NS1 är avgörande för influensavirusets överlevnad och anpassningsförmåga.

Petit och kollegor använde kärnmagnetisk resonans, eller NMR, spektroskopi för att undersöka interaktioner mellan hämmarna med NS1. De visade först att hämmarna - kallade A9 och A22 - interagerade med bara en av de två oberoende vikta domänerna för NS1, NS1 effektordomänen.

Forskarna noterade att strukturerna för båda småmolekylhämmare var mycket lika ett fragment av ett värdprotein som heter CPSF30 som NS1-effektordomänen binder för att kortsluta kroppens immunsvar. Därför, forskarna antog att A9 och A22 blockerar influensavirusreplikation och blockerar NS1-funktionen genom att interferera med interaktionen mellan NS1-effektordomänen och CPSF30.

NMR-data avslöjade de särskilda aminosyrorna i NS1-effektordomänen som är involverade i inhibitorbindning. Forskarna använder två signifikant olika NS1-proteiner från olika influensastammar, inklusive H7N9-stammen – visade att liknande sekvenser av aminosyror i de två NS1-proteinerna var involverade i inhibitorbindning.

1918 "spansk" influensa NS1 -protein

Förutom den kinesiska H7N9 NS1, det andra NS1-proteinet som testades var NS1-effektordomänen från 1918 års "spanska" influensa, som infekterade en tredjedel av världens befolkning för ett sekel sedan och dödade 50 miljoner till 100 miljoner människor.

UAB-forskarna använde sedan röntgenkristallografi, ledd av UABs biträdande professor i mikrobiologi Todd Green, Ph.D., för att bestämma den tredimensionella strukturen för NS1-effektordomänen från den "spanska" influensan 1918. Detta gjorde det möjligt för dem att kartlägga A9/A22-bindningsstället på den strukturen, som bekräftade deras hypotes - A9 och A22 interagerar med den hydrofoba fickan NS1 -effektordomän som är känd för att binda värdproteinet CPSF30.

Kristallografidata visade också att NS1 -effektordomänen kan dimerisera, med användning av ett gränssnitt som skiljer sig från två andra kända dimerer av NS1 effektordomänen. Den biologiska betydelsen av denna nya dimerform är okänd.

"Sammanlagt, våra fynd ger starka bevis för verkningsmekanismen för två anti-influensaföreningar som riktar sig mot NS1, och resultaten bidrar med betydande strukturella insikter om NS1 som vi hoppas kommer att främja och informera utvecklingen och optimeringen av influensaterapier baserade på A9 och A22, sa Petit.

Behovet av nya antivirala föreningar är stort. Varje år, influensastammar dödar 250, 000 till 500, 000 människor över hela världen, och viruset är känt för snabba förändringar för att producera pandemiska stammar som få människor har immunitet mot. Virusresistens har begränsat effektiviteten hos flera tidigare antivirala substanser som utvecklats för att behandla influensa.