Liubov Cherkashchenko kaitses edukalt doktoritöö

10. veebruaril kaitses Liubov Cherkashchenko biomeditsiini tehnoloogia erialal doktoritööd ”New insights into alphaviral nsP2 functions” (“Uudsed vaated alfaviiruste poolt kodeeritud nsP2). 

Juhendaja: professor Andres Merits, Tartu Ülikool

Oponent: kaasprofessor Dr Jelke Fros, Wageningeni ülikool (Holland)

Kokkuvõte:

Alfaviirused (sugukond Togaviridae) on sfäärilise ümbrisega virionide ja positiivse polaarsusega RNA genoomiga viirused, mis enamasti levivad lülijalgsete vektorite vahendusel. Paljud alfaviirused on olulised inimeste patogeenid, sealhulgas ulatuslikke puhanguid põhjustav Chikungunya viirus (CHIKV), Austraalias leviv Ross River viirus (RRV), Ameerikas leviv ida hobuste entsefaliidi viirus (EEEV) ja ka Eestis leiduv Sindbis viirus (SINV). Alfaviiruste põhjustatud haigused sõltuvad viiruse liigist ja selle päritolust,kus üldistatult põhjustavad Vana Maailma alfaviirused palaviku, löövet ja artriiti, samal ajal kui Uue Maailma alfaviirused on sageli kõrge patogeensusega põhjustades neuroloogilisi haiguseid, sealhulgas entsefaliiti.

Alfaviiruste RNA genoom kodeerib nelja viiruse RNA replikaasi allühikut, mis toodetakse liitvalgust eellase (polüproteiini) kujul. Liitvalk lõigatakse neljaks valmis replikaasi valguks viiruse nsP2 proteaasi abil. Viimastel aastakümnetel läbiviidud uurimistööd on võimaldanud välja selgitada viiruse replikaasi kompleksi kui ka selle komponentide peamised funktsioonid ning meie arusaamine viiruse valkude struktuuridest on oluliselt täienenud. Ka need uurimised on näidanud, et alfaviiruse infektsiooni üks esimesi ja kõige olulisemaid sündmusi on replikaasi valkude eellase lõikamine valmis valkudeks. Eelvalgu lõikamised toimuvad kindlas järjekorras ja onkindlalt ajastatud, mis määrab ära selle, kas vabanevad valgud moodustavad toimiva RNA replikaasi või mitte. Seega kujutab eelvalgu lõikamise protsessi läbi viiv nsP2 endast RNA replikatsiooni käivitamise ja efektiivsuse regulaatorit. Samas on tegemist multifunktsionaalse valguga, mis on lisaks RNA sünteesi reguleerimisele oluline nii raku viirusvastaste kaitsereaktsioonide aktiveerimisel kui ka nende mahasurumiseks. Sellest tulenevat mõjutavad muudatused nsP2 valgus, sealhulgas punktmutatsioonid valgu funktsionaalselt olulistes regioonides, oluliselt viiruse bioloogilisi omadusi. Seejuures ei ole mitmete nsP2 aktiivsuste taga seisvad molekulaarsed mehhanismid lõpuni selged. Küll aga on selgunud, et nsP2 funktsioone mõjutavad interaktsioonid alfaviiruse ülejäänute replikaasi valkude nsP1, nsP3 ja nsP4-ga.

Käesoleva uurimistöö raames selgitati välja ja analüüsiti mitmeid nsP2 valgu ja RNA replikaasi seni tundmatuid funktsioone. Töö peamised tulemused saab kokku võtta järgnevalt:

1. alfaviiruste genoomide alusel konstrueeritud trans-replikatsiooni süsteemid võimaldavad uurida nsP2 valgu funktsioone, mis on seotud viiruse RNA replikaasi kompleksi moodustamisega, aga ka selle moodustamise blokeerimise ja/või selle aktiivsuse mahasurumisega. Viimati nimetatud aktiivsused on olulised viiruste superinfektsiooni blokeerimisel ja tõenäoliselt ka viiruse replikatsiooni ajalisel reguleerimisel. CHIKV ja SINV trans-replikatsiooni süsteeme kasutades tehti kindlaks, et superinfektsiooni blokeerimise puhul on võtmesündmuseks ühe viiruse replikaasi eellase lõikamine teise viiruse nsP2 poolt ja et seda mõjutavad mutatsioonid nii sihtmärk-liitvalgus kui ka nsP2 valgus; 
2. leiti, et individuaalse nsP2 süntees sääse (vektorputuka) rakkudes surub maha alfaviiruse replikatsiooni aktiivsust. Seda nähtust ei põhjusta ainult nsP2 proteaasne aktiivsus – olulised on ka nsP2 proteaassest aktiivsusest sõltumatud mehhanismid. See, milline on konkreetsete mehhanismide osakaal, sõltub nii viiruse RNA replikaasi kui ka selle moodustamist inhibeeriva nsP2 valgu päritolust. Homoloogse viiruse replikatsiooni mahasurumisel domineerib nsP2 proteaassest aktiivsustest sõltuv mehhanism, kus nsP2 poolt teostatud replikaasi eelvalgu lõikamine 2/3 saidist välistab funktsionaalse RNA replikaasi moodustumise. Mõne alfaviiruse (SINV) puhul on nsP2 proteaassest aktiivsusest sõltuv mehhanism ka peamiseks mehhanismiks millega surutakse alla heteroloogsete alfaviiruste replikaaside moodustamist;
3. nii SINV kui ka CHIKV nsP2 valk takistab heteroloogsete alfaviiruste RNA replikatsiooni ka proteaassest aktiivsusest sõltumatute mehhanismide abil, kus CHIKV nsP2 puhul on need peamisteks meetoditeks heteroloogsete alfaviiruste replikatsiooni mahasurumisel. Selle inhibeerimise täpne põhjus on hetkel teadmata, küll aga näitasime, et erinevad mutatsioonid nsP2 valgus mõjutavad taolise inhibeerimise efektiivsust. Need andmed viitavad sellele, et proteaassest aktiivsusest sõltumatu replikatsiooni inhibeerimine saavutatakse tõenäoliselt mitmete paralleelsete mehhanismide abil;
4. väga patogeensele ja seetõttu vähe uuritud EEEV-le konstrueeritud trans-replikastiooni süsteem osutus kõrgelt efektiivseks nii inimese kui ka sääse rakkudes. Samuti osutus võimalikuks EEEV replikaasi eelvalku (P1234) kodeeriva järjestuse jagamine kaheks (P123 + nsP4) ja kolmeks (nsP1+P23+nsP4) komponendiks. See võimaldas uurida kas ja kuidas replikaasi komponentide vahekord mõjutab EEEV RNA replikaasi aktiivsust. Läbiviidud katsed näitasid, et erinevalt seni uuritud alfaviirustest sõltub EEEV RNA replikaasi aktiivsus teda moodustavate komponentide optimaalsest vahekorrast ja et RNA replikaasi katalüütilise allühiku (nsP4) ülehulk vähendab EEEV RNA replikaasi aktiivsust. Selline aktiivsuse langus tuleneb sellest, et väheneb nii rakkude hulk milles RNA replikatsioon aktiveeritakse, kuid ka RNA replikatsiooni aktiivsus nendes rakkudes. Hetkel pole veel selge kas tegemist on EEEV RNA replikaasi unikaalse omadusega või leidub ka teisi sarnaste omadustega alfaviiruste replikaase;
5. uuriti RRV loodusliku isolaadi RRV 2528 omadusi. Leiti, et see viiruse isolaat põhjustab väga tugevat tüüp-I interferoonide vastust. Viiruse genoomi analüüs tõi välja, et RRV 2528 erineb teistest vähemal määral interferoonide tootmist indutseerivatest RRV isolaatidest mitmete mutatsioonide poolest, millest paljud paiknevad just nsP2 valgus Näitasime, et need mutatsioonid mõjutavad RRV nakkuse käigus toimuvat interferoonide tootmist, kuid ei mõjuta viiruse replikaasi eelvalgu protsessimist valmis valkudeks, viiruse võimet suruda maha raku valgusünteesi ega viiruse struktuurvalkude sünteesi. Seega ei tulene suurenenud tüüp-I interferoonide vastus defektist RRV 2528 RNA replikatsioonikomplekside moodustamisel või võimetusest maha suruda raku üldist geeniekspressiooni.