Le schéma représente une grille d'affinité EM (carré gris) recouverte de molécules adaptatrices (rouge et bleu foncé) qui ancrent les DLP de rotavirus actifs (jaune) à la grille d'affinité. L'image en microscopie cryoélectronique (EM) de la transcription active des DLP révèle des brins d'ARN (brins gris) émergeant de la capside du virus. Les reconstructions d'images tridimensionnelles de DLP (bleu clair) qui produisent activement de l'ARN révèlent une forte densité au sein du noyau viral. Le diamètre de chaque reconstruction est d'environ 80 nm. Crédit :Deborah F. Kelly, Institut de recherche Virginia Tech Carilion, Virginie Tech.
Des chercheurs du Virginia Tech Carilion Research Institute (VTCRI) utilisent de nouvelles approches d'imagerie à l'échelle nanométrique pour faire la lumière sur les activités dynamiques des rotavirus, pathogènes importants qui causent des diarrhées potentiellement mortelles chez les jeunes enfants. Une fois qu'un rotavirus pénètre dans une cellule hôte, il perd sa couche de protéines la plus externe, laissant derrière lui une particule à double couche (DLP). Ces DLP sont la forme du virus qui produit des molécules d'ARN messager, qui sont critiques pour le lancement de l'infection.
Des chercheurs, Déborah Kelly, doctorat et Sarah McDonald, Doctorat., tous deux professeurs assistants au VTCRI, des instantanés moléculaires acquis des DLP de rotavirus, au milieu de la production d'ARN viral, en utilisant la cryo-microscopie électronique (cryo-EM). L'équipe qui a effectué le travail comprenait également des étudiants en médecine de troisième année, Joanna Kam et Andrew Demmert, de la Virginia Tech Carilion School of Medicine, et stagiaire post-doctoral, Justin Tanner, doctorat
Pour obtenir la meilleure vue possible des détails à l'échelle nanométrique des DLP de rotavirus actifs, Kelly a développé une technique qui a permis de visualiser les changements dans la coque la plus externe. En conjonction avec de nouvelles approches informatiques, les scientifiques ont également pu détecter les caractéristiques internes des DLP, qui n'avait pas été observé auparavant. De façon intéressante, les caractéristiques internes du DLP ont changé d'une manière qui correspondait aux différences observables dans les niveaux de production d'ARN messager viral.
Ces découvertes fournissent de nouvelles informations structurelles sur la mécanique de la synthèse de l'ARN du rotavirus, ce qui peut à son tour fournir des informations sur la façon dont ce processus viral se déroule lors de l'infection de la cellule hôte. Les résultats paraissent dans la dernière édition de la revue La technologie .
"Ce qui est remarquable dans cette étude, c'est que nous avons pu voir différents niveaux de complexité à l'intérieur des DLP en corrélation avec la synthèse d'ARN viral, " a déclaré Kelly. "Quand les virus étaient actifs, leurs structures externes se sont déplacées dynamiquement, d'une manière qui est devenue moins organisée. Pendant ce temps-là, les caractéristiques fortes au sein de leurs noyaux internes deviennent plus importantes."
Une approche innovante clé utilisée par le laboratoire Kelly a permis de visualiser un spectre plus large de structures virales. En examinant les DLP attachés aux anticorps sur une surface de grille stable, les chercheurs ont pu voir les nanomachines suivre leurs processus naturels.
Kelly et McDonald ont également utilisé un nouvel algorithme informatique pour catégoriser les DLP, indépendamment, qui a évité le biais de l'utilisateur dans les calculs expérimentaux. L'approche informatique basée sur les statistiques a classé les échantillons en fonction des niveaux de production d'ARN. Les résultats ont clairement montré que les DLP de rotavirus avec une couche protéique externe moins organisée avaient des détails plus solides dans leurs noyaux internes. Ces DLP ont également été trouvés dans les images cryo-EM à proximité de plus de brins d'ARN.
"Pendant de nombreuses années, les scientifiques se sont intéressés aux résultats à plus haute résolution et n'ont pas prêté une attention particulière à la diversité subtile qui existe dans les échantillons de virus, " a déclaré McDonald, qui est également professeur adjoint de sciences biomédicales et de pathobiologie au Virginia-Maryland Regional College of Veterinary Medicine. "Mais cette diversité peut indiquer comment les virus fonctionnent réellement à l'intérieur des cellules. Ils ne sont pas statiques, mais dynamique par nature."
"C'est un peu contre-intuitif, " dit Kelly, qui est également professeur adjoint de sciences biologiques au Collège des sciences de Virginia Tech. « Vous imaginez que, si des pièces biologiques se déplaçaient, alors les caractéristiques se dissiperaient. Lorsque ces réarrangements se produisent dans un espace aussi confiné, cependant, cela peut potentiellement conduire à un niveau d'organisation plus élevé. Et les changements coordonnés à l'extérieur des virus semblent permettre ces processus."
Selon Kelly, ces résultats donnent un nouvel aperçu des processus de synthèse de l'ARN du rotavirus et peuvent s'avérer utiles dans notre compréhension de la biologie virale en général. Améliorer notre compréhension du fonctionnement interne du rotavirus, elle a ajouté, pourrait également fournir de nouvelles cibles pour le développement de traitements contre les maladies diarrhéiques d'origine virale.
