$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Wirus grypy A (IAV) jest wirusem otoczkowym i należy do rodziny Orthomyxoviridae. Jego geny są zakodowane w segmentowanym, jednoniciowym genomie RNA o ujemnym sensie. U ludzi IAV powoduje infekcje dróg oddechowych, które występują w sezonowych epidemiach i mogą prowadzić do globalnych pandemii1. Po związaniu się z resztami kwasu sjalowego na powierzchni komórki gospodarza2, IAV jest internalizowany przez endocytozę zależną od klatryny i szlaki niezależne od klatryny3-8. Środowisko kwaśne (pH < 5,5) w wakuolach endocytarnych wywołuje poważną zmianę konformacyjną w hemaglutyninie (HA) glikoproteiny kolca IAV, co powoduje fuzję wirusa i późnej błony endosomalnej9. Gdy kapsyd IAV (określany również jako "rdzeń" wirusa) ucieknie z późnych endosomów (LE), jest on odsłaniany w cytozolu, a następnie transportowany przez rybonukleoproteiny wirusa (vRNP) do jądra - miejsca replikacji i transkrypcji wirusa10-13. Przed kwasową aktywacją kwasu hialuronowego wirus doświadcza stopniowego spadku pH w układzie endocytarnym, co przygotowuje rdzeń do jego późniejszego rozkładu14-16. W tym etapie "torowania" kanały jonowe M2 w błonie wirusowej pośredniczą w napływie protonów i K+10,14,16. Zmiana stężenia jonów we wnętrzu wirusa zaburza interakcje budowane przez białko macierzy wirusa M1 i osiem wiązek vRNP oraz ułatwia odwarstwianie się IAV w cytoplazmie po fuzji błonowej10,14-17.
Bezpośrednia i ilościowa analiza etapu primingu została utrudniona przez fakt, że endosomy są trudno dostępne eksperymentalnie. Co więcej, proces wejścia jest wysoce niesynchroniczny. Ponadto testy punktu końcowego, takie jak qRT-PCR uwolnionego wirusowego RNA lub pomiary zakaźności, nie dają szczegółowego obrazu stanu biochemicznego kapsydu wirusa na żadnym etapie wprowadzenia. Podczas gdy zaburzenia endosomów przez siRNA lub leczenie farmakologiczne znacząco przyczyniły się do zrozumienia wejścia IAV18-20, dostrojenie jest trudne i podatne na niespecyficzne skutki uboczne w ściśle kontrolowanym programie dojrzewania endosomów.
Aby uniknąć tych problemów, dostosowaliśmy wcześniej opracowany protokół in vitro oparty na wykorzystaniu wirowania w gradiacji prędkości17. W przeciwieństwie do innych prób 21,22,23,24, które w większości opierały się na kombinacjach rozszczepienia proteolitycznego i obróbki detergentem, a następnie analizie EM, podejście to umożliwiło łatwo wymierny wynik. Wirowanie przez różne warstwy gradientu pozwala na wystawienie cząstek sedymentacyjnych na działanie zmieniających się warunków i reagowanie z nimi w kontrolowany sposób. W przedstawionym protokole IAV pochodzący z oczyszczonego płynu omoczniowego lub oczyszczonych cząstek wirusa jest sedymentowany do dwuwarstwowego gradientu glicerolu, w którym dolna warstwa zawiera niejonowy detergent NP-40 (ryc. 1). Gdy wirus dostaje się do drugiej, zawierającej detergent warstwy, wirusowa otoczka lipidowa i glikoproteiny otoczki są delikatnie rozpuszczane i pozostawiane. Rdzeń, złożony z ośmiu wiązek vRNP i otoczony warstwą matrycy, osadza się jako stabilna struktura we frakcji osadów. Białka rdzenia wirusa, takie jak nukleoproteina (NP) związana z M1 i vRNP, można zidentyfikować w osadzie za pomocą barwienia SDS-PAGE i Coomassie. W szczególności, wykorzystanie dostępnych na rynku żeli gradientowych i barwienie bardzo czułym koloidalnym Coomassie25, umożliwia wysoką precyzję i wykrywanie nawet niewielkich ilości białek związanych z rdzeniem wirusa.
To stanowi podstawę do testowania, czy różne warunki, takie jak pH, stężenie soli i przypuszczalne czynniki niepowlekania, mają wpływ na zachowanie sedymentacji składników rdzenia i stabilność rdzenia. W tym celu tylko dolna, zawierająca detergent warstwa w gradieniu glicerolu jest modyfikowana poprzez wprowadzenie czynnika lub warunku będącego przedmiotem zainteresowania. Technika ta okazała się szczególnie cenna w badaniu wpływu różnych wartości pH i stężeń soli na integralność rdzeniaIAV 16. Można monitorować pośrednie etapy odwarstwiania IAV, w tym dysocjację warstwy matrycy przy lekko kwaśnym pH (<6,5), a następnie dysocjację vRNP przy pH 5,5 i niższym16,17 (ryc. 1). Ten ostatni etap został dodatkowo wzmocniony przez obecność wysokiego stężenia K+ w warstwie glicerolu, odzwierciedlającego późne środowisko endocytarne16. W ten sposób, gdy wirus i rdzeń sedymentowały przez gradient, doświadczyły zmieniającego się środowiska, które naśladuje warunki panujące w endosomach. Rezultatem był stopniowy demontaż rdzenia wirusa in vitro, uzupełniający wyniki uzyskane z testów biologii komórki.
Przedstawiona tutaj metoda umożliwiła szybką i wysoce powtarzalną analizę IAV (X31 i A/WSN/33) oraz IBV (B/Lee/40) wywołaną kwaśnym pH i wzrostem K+16,17, a także demontaż rdzeni paramyksowirusa po ekspozycji na zasadowe pH17. Niewykluczone, że podejście to można dostosować do innych wirusów otoczkowych, aby uzyskać wgląd w właściwości biochemiczne struktury kapsydu wirusa i rozkładu kapsydu podczas wnikania do komórki.