Detaillierte Karte zeigt, wie die Viren den Menschen infizieren

Biologen an der Columbia University Vagelos College of Physicians und Chirurgen genutzt haben eine computergestützte Methode für die Zuordnung von protein-protein-Interaktionen zwischen allen bekannt, Menschen zu infizieren, Viren und der Zellen, die Sie infizieren. Die Methode, zusammen mit den Daten, die es generiert hat, erzeugt eine fülle von Informationen darüber, wie Viren manipulieren die Zellen, die Sie infizieren und verursachen Krankheit. Unter die Ergebnisse der Studie werden die Rolle der östrogen-Rezeptoren bei der Regulierung der Zika-virus-Infektion und wie humanen papillomavirus (HPV) verursacht Krebs.

Die Studie, geführt von Sagi Shapira, PhD, assistant professor für Systembiologie an der Columbia University Vagelos College of Physicians und Chirurgen, veröffentlicht heute in der Zeitschrift Cell.

EINGESCHRÄNKTES VERSTÄNDNIS VON, WIE VIREN ARBEITEN

Auf molekularer Ebene, die Viren dringen in Zellen ein und manipulieren Sie, um sich zu vermehren, zu überleben, und die Krankheit verursachen. Da Sie abhängig von menschlichen Zellen, die für Ihr Leben Zyklus, Viren co-opt zellulären Maschinerie wird durch protein-protein-Interaktionen innerhalb Ihrer Zell-host. Ähnlich wie die Zellen reagieren auf eine Infektion durch die Initiierung von Immunreaktionen, die Steuerung und Begrenzung der viralen Replikation — diesen auch, abhängig von protein-protein-Interaktionen.

Bisher erheblicher Aufwand investiert wurde, bei der Ermittlung dieser wichtigen Interaktionen — und viele dieser Bemühungen haben dazu geführt, dass viele grundlegende Entdeckungen, einige mit therapeutischen Implikationen. Allerdings sind die klassischen Methoden, insbesondere hinsichtlich der Skalierbarkeit, Effizienz und sogar access. Um dieser Herausforderung zu begegnen, Dr. Shapira und seine Mitarbeiter entwickelt und realisiert computational framework, P-HIPSTER, folgert, dass Interaktionen zwischen Erreger und menschlichen Proteine-die Bausteine der Viren und Zellen.

Bis jetzt, unser wissen über viele Viren, die infizieren Menschen beschränkt sich auf deren Genom-Sequenzen. Doch für die meisten Viren, wenig freigelegt wurde über die zugrunde liegenden biologischen Interaktionen, die diese Beziehungen und führen zu Krankheit.

„Es gibt über 1.000 einzigartigen Viren, die bekannt sind, um Menschen infizieren“, sagt Dr. Shapira. „Und doch, trotz Ihrer unzweifelhaften Bedeutung für die öffentliche Gesundheit, wir wissen praktisch nichts über die überwiegende Mehrheit von Ihnen. Wir wissen nur, dass Sie infizieren menschliche Zellen. Die Idee hinter dieser Anstrengung war es, systematisch zu katalogisieren, die Interaktionen der Viren mit den Zellen, die Sie infizieren. Und so verraten auch einige wirklich interessante Biologie und die wissenschaftliche Gemeinschaft mit einer Ressource, die Sie nutzen können, um interessante Beobachtungen Ihrer eigenen.“

Mit einem neuartigen Algorithmus, der P-HIPSTer-exploits protein-Struktur-Informationen systematisch zu befragen virus-human protein-protein-Interaktionen mit bemerkenswerter Genauigkeit. Dr. Shapira und seine Mitarbeiter angewendet, P-HIPSTer-alle 1,001 Mensch-Viren infizieren und die rund 13.000 Proteine, die Sie Kodieren. Der Algorithmus vorhergesagt etwa 280,000 wahrscheinlich Paare von interagierenden Proteinen stellt einen umfassenden Katalog von menschlichen virus protein-protein-Interaktionen mit einer Genauigkeit rate von fast 80 Prozent.

„Dies ist der erste Schritt zum Aufbau einer umfassenden kartographie der physikalischen Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Organismen“, sagt Dr. Shapira sagt.

ZIKA, HPV, VIRUS-EVOLUTION

Neben der Festlegung pan-viraler protein-Interaktionen, P-HIPSTer lieferte neue biologische Einblicke in die Zika-virus, HPV, und die Auswirkungen von Viren in die Gestaltung der menschlichen Genetik.

Unter Ihren Entdeckungen fanden die Forscher, dass Zika-virus interagiert mit den östrogen-rezeptor, das protein, das es Zellen erlaubt, effektiv zu reagieren auf das Hormon östrogen. Wichtiger ist, fanden Sie östrogen-rezeptor-potential hat zu hemmen Zika-virus-Replikation. Sagt Dr. Shapira, „Und, in der Tat, östrogen-rezeptor hemmt die virale Replikation sogar mehr als interferon, ein protein, das der Körper die erste Linie der Verteidigung, um Virusinfektion und unsere gold-standard für anti-viral defense.“

Der Befund ist besonders relevant für die klinische Erkrankung schwangere Frauen sind besonders anfällig für Zika, während Ihrer ersten trimester, das heißt, wenn der östrogenspiegel am niedrigsten sind. Dieser Zeitraum ist auch, wenn der Fötus ist besonders anfällig für Zika, ein virus, für die es keinen Impfstoff oder eine spezifische Behandlung, die verursachen können sever Geburtsfehler.

Dr. Shapira und sein team auch erforscht Wechselwirkungen zwischen HPV, die führende Ursache des zervikalen Krebses, und die Zellen, die es infiziert. HPV ist die häufigste sexuell übertragbare virale Infektion mit etwa 80 Prozent der sexuell aktiven Personen Vertragsstaat, einem der 200 verschiedenen Arten von HPV irgendwann in Ihrem Leben. Dr. Shapira und sein team verwendeten Daten generiert, die von P-HIPSTer-zur Identifizierung von protein-protein-Wechselwirkungen, die zwischen HPV-Infektionen im Zusammenhang mit Krebs von denen, die es nicht sind. Neben der Bereitstellung von Einsichten in die Funktionsweise von HPV verursachen Krankheit, die Feststellung könnte zu verbesserte Diagnose für diejenigen, die infiziert mit HPV, und P-HIPSTer könnte potenziell verwendet werden, um vorherzusagen, ob ein bestimmtes virus ist wahrscheinlich zu hoch pathogene.

Die Forscher haben auch untersucht, ob die Interaktionen, vermittelt durch Viren beeinflusst haben, Humangenetik. Die Forscher fanden Hinweise auf starken Selektionsdruck für mehrere Dutzend zellulären Proteine wurden geprägt durch virale Infektion, entriegeln Sie neue Erkenntnisse, wie unser Genom wurde beeinflusst durch Viren.

„Eines der Dinge, die wir tun können, mit dieser Daten-drill-down und Fragen, ob virus-Infektion hat sich verändert und die Geschichte der Humangenetik“, sagt Dr. Shapira. „Das ist sicherlich keine neue Idee, sondern um einen Katalog dessen, was diese Proteine sind, ist von Bedeutung. Es gibt eine Menge Bereiche, die wir entdecken jetzt, dass wir nicht vor.“

ZUKUNFT DER ARBEIT

Dr. Shapira und sein team wollen gelten P-HIPSTer auf komplexere pathogene wie Parasiten und Bakterien, und es verwenden, um besser zu verstehen, wie Bakterien im menschlichen Darm miteinander kommunizieren. In der Zukunft, der Algorithmus könnte auch verwendet werden, um zu erkunden, Viren oder Krankheitserregern, die Auswirkungen der landwirtschaftlichen Pflanzen oder Tiere.

Der Shapira-Labor an der Columbia Universität arbeitet an der Entschlüsselung der genetischen und molekularen schaltkreise an der Schnittstelle von Wirt-pathogen-Interaktionen. Ein tieferes Verständnis dieser Zusammenhänge liefert wichtige Einblicke in die zelluläre Maschinerie, die control-basic cell biology und hat Breite Auswirkungen für menschliche translationale Immunologie und Infektionskrankheiten Forschung.