BELVIR - Virus-gastheerinteractie in de vroege stadia van infectie

Virale infecties hebben een enorme last veroorzaakt, zowel in de humane als in de diergeneeskunde. De constante blootstelling aan virale infecties heeft de evolutie van de gastheer aangestuurd en blijft een van de meest urgente uitdagingen in de gezondheidszorg wereldwijd. De uitkomst van de infectie, van een naïeve gastheer door een virus, is afhankelijk van cruciale virus-gastheerinteracties kort na het eerste contact tussen virus en gastheer. Omdat deze voorvallen echter voorafgaan aan klinische symptomen worden ze meestal weinig bestudeerd en vaak slecht begrepen. Het binnendringen van de gastheer zelf is verre van eenvoudig. Om cellen te kunnen infecteren, moeten de meeste virussen eerst extracellulaire barrières, zoals mucus, doorkomen. Vervolgens moeten ze interageren met de juiste receptoren, cellulaire internalisatie en transportmechanismen kapen, signaalroutes dereguleren, cellulaire enzymen activeren, hun genoom naar het juiste cellulaire compartiment brengen, de cellulaire machinerie gebruiken om nageslachtvirionen te produceren en tegelijkertijd ontsnappen aan de aangeboren immuniteit. Alleen dan kunnen ze zich verspreiden naar secundaire plaatsen en een succesvolle infectie tot stand brengen.

Het consortium zal (tijdens het IAP-programma en daarbuiten) interacties opstarten en aanmoedigen die ervoor zullen zorgen dat de Belgische virologie in de voorhoede blijft van internationaal onderzoek. Dit houdt in:

1. een virtuele labo-omgeving opzetten waarin medewerkers van de verschillende partners kunnen werken en communiceren
2. workshops voor samenwerking organiseren tussen de partners om de educatie en promotie van jonge wetenschappers te bevorderen
3. een duurzame band tussen Belgische virologen bevorderen door de lancering van een „Belgian Society of Virology” die gekoppeld zal worden aan bestaande internationale virologische organisaties

In dit project onderzoekt Sciensano de vroege stadia van infectie van myxovirussen. Myxovirussen (van Grieks myxa = mucus) vertegenwoordigen all gorepen van middelgrote, omhulde ribonucleïnezuurvirussen met een hoge affiniteit voor mucinen. Na de mucusbarrière te zijn binnengedrongen, dringen deze omhulde virussen de cel binnen door fusie van de lipidendubbellagen van het virus en de cel. Al naargelang het mechanisme dat ze gebruiken om binnen te dringen, zijn myxovirussen onderverdeeld in orthomyxovirussen en paramyxovirussen. Dit historische onderscheid blijft geldig naarmate het inzicht groeit. De vroege stadia van infectie van orthomyxovirussen, zoals aviaire influenza (AI), en paramyxovirussen, zoals het Newcastle disease virus (NDV), worden geregeld door de glycoproteïnen (gp) met vergelijkbare functies, die verankerd zitten in hun omhulsel. De respectievelijke glycoproteïnen voor hechting aan hemagglutinine (H) en hemagglutinine-neuraminidase (HN) herkennen vergelijkbare siaalzuurreceptoren op hun gastheercellen. NDV komt de cel echter hoofdzakelijk binnen via pH-onafhankelijke, F-gp-gemedieerde fusie aan het celoppervlak, terwijl AI wordt geïnternaliseerd via de endocytische route en pH-afhankelijke fusie optreedt in de cel. Veel virale fusie-eiwitten bezitten zowel een receptorbinding- als fusieactiviteit, wat duidt op een simpel model dat aangeeft hoe fusie door receptorbinding wordt uitgelokt. Nochtans maakt de scheiding van deze twee functies in paramyxovirussen de aansturing van fusie-uitlokkers complexer. Het is dus uitermate belangrijk dat de uitlokking goed wordt gereguleerd, zowel ruimtelijk als in de tijd, maar de bijzonderheden van deze interacties worden nog steeds onderzocht en kunnen variëren tussen paramyxovirusstammen.

We zoeken naar een groter inzicht in de morfologie en verspreiding van de verschillende gp’s van myxovirussen, vertegenwoordigd door AI en NDV, en naar een preciezer begrip van de manier waarop ze interageren in het vroege stadium van infectie (hechting-fusie). Een betere kennis van deze processen, en vergelijking met zoogdiermodellen, zou de ontwikkeling van nieuwe therapieën moeten bevorderen die de mucusbarrière versterken en de replicatie en de verspereiding in de epitheelcellen blokkeren.
De belangrijkste doelstellingen zijn:

• de morfologie en verdeling van de verschillende glycoproteïnen van myxovirussen, vertegenwoordigd door aviaire influenza (AI) en Newcastle disease virus (NDV), onderzoeken met behulp van ELISA, immunofluorescentie, western blot, immunogold elektronenmicroscopie (EM) en cryo-EM
• de interactie van myxovirussen met hun gastheer in de vroege stadia van infectie te onderzoeken (hechting-fusie) door
  • een methode voor TEM-stalenbereiding te ontwikkelen die de structuur van de mucuslaag van de epitheeloppervlakken van de diverse experimentele modellen behoudt
  • een detectiemethode te ontwikkelen voor het labelen van GFP met immunogoud in ultradunne secties gevolgd door TEM-beeldvorming
  • een aviair modelsysteem ontwikkelen om het vroege stadium van infectie van myxovirussen te onderzoeken

Daarnaast worden diensten en expertise in elektronenmicroscopie verschaft aan de partners van het BELVIR-consortium, waaronder:

• evaluatie van de zuiverheid, morfologie en concentratie van virusstalen door negatieve kleuring
• evaluatie van de morfogenese en virusproductie van virionen in ultradunne secties
• detectie en kwantificatie van epitoopexpressie en lokalisatie door immunogoudlabeling en TEM