Functions of Alphavirus Macrodomain-containing protein nsP3

Alphaviruses are positive strand RNA viruses that replicate in association with cellular membranes. The viral RNA replication complex consists of four non-structural proteins nsP1-nsP4 which are essential for viral replication. The functions of nsP1, nsP2 and nsP4 are well established, but the roles of nsP3 are mainly unknown. In this work I have clarified some of the functions of nsP3 in order to better understand the importance of this protein in virus replication. Semliki Forest virus (SFV) has been mostly used as a model alphavirus during this work, but some experiments have also been conducted with Sindbis and Chikungunya viruses. NsP3 is composed of three different protein domains. The N-terminus of nsP3 contains an evolutionarily conserved macrodomain, the central part of nsP3 contains a domain that is only found in alphaviruses, and the C-terminus of the protein is hypervariable and predicted to be unstructured. In this work I have analyzed the functions of nsP3 macrodomain, and shown that viral macrodomains bind poly(ADP-ribose) and that they do not resemble cellular macrodomains in their properties. Furthermore, I have shown that some macrodomains, including viral macrodomains of SFV and hepatitis E virus, also bind poly(A). Mutations in the ligand binding pocket of SFV macrodomain hamper virus replication but do not confer lethality, indicating that macrodomain function is beneficial but not mandatory for virus replication. The hypervariable C-terminus of nsP3 is heavily phosphorylated and is enriched in proline residues. In this work it is shown that this region harbors an SH3 domain binding motif (Sh3BM) PxRxPR through which cellular amphiphysin is recruited to viral replication sites and to nsP3 containing cytoplasmic aggregate structures. The function of Sh3BM was destroyed by a single point mutation, which led to impaired viral RNA replication in HeLa cells, pointing out the functional importance of amphiphysin recruitment by the Sh3BM. In addition, evidence is provided tho show that the endosomal localization of alphavirus replication is mediated by nsP3 and that the phosphorylation of hypervariable region might be important for the endosomal targeting. Together these findings demonstrate that nsP3 contains multiple important host interaction motifs and domains, which facilitate successful viral propagation in host cells.

Targeting ribosome assembly on the HCV RNA using a small RNA molecule

Translation initiation of hepatitis C virus (HCV) RNA is the initial obligatory step of the viral life cycle, mediated through the internal ribosome entry site (IRES) present in the 5'-untranslated region (UTR). Initiation on the HCV IRES is mediated by multiple structure-specific interactions between IRES RNA and host 40S ribosomal subunit. In the present study we demonstrate that the SLIIIef domain, in isolation from other structural elements of HCV IRES, retain the ability to interact with 40S ribosome subunit. A small RNA SLRef, mimicking the SLIIIef domain was found to interact specifically with human La protein and the ribosomal protein S5 and selectively inhibit HCV RNA translation. More importantly, SLRef RNA showed significant suppression of replication in HCV monocistronic replicon and decrease of negative strand synthesis in HCV cell culture system. Finally, using Sendai virus based virosome, the targeted delivery of SLRef RNA into mice liver succeeded in selectively inhibiting HCV IRES mediated translation in vivo.

Inhibition of the Interaction Between NS3 Protease and HCV IRES With a Small Peptide: A Novel Therapeutic Strategy

Recently, we have demonstrated that the protease domain of NS3 alone can bind specifically to hepatitis C virus (HCV) internal ribosome entry site (IRES) near the initiator AUG, dislodges human La protein and inhibits translation in favor of viral RNA replication. Here, by using a computational approach, the contact points of the protease on the HCV IRES were putatively mapped. A 30-mer NS3 peptide was designed from the predicted RNA-binding region that retained RNA-binding ability and also inhibited IRES-mediated translation. This peptide was truncated to 15 mer and this also demonstrated ability to inhibit HCV RNA-directed translation as well as replication. More importantly, its activity was tested in an in vivo mouse model by encapsulating the peptide in Sendai virus virosomes followed by intravenous delivery. The study demonstrates for the first time that the HCV NS3-IRES RNA interaction can be selectively inhibited using a small peptide and reports a strategy to deliver the peptide into the liver.

Structural and molecular basis of interaction of HCV non-structural protein 5A with human casein kinase 1 alpha and PKR

Background: Interaction of non-structural protein 5A (NS5A) of Hepatitis C virus (HCV) with human kinases namely, casein kinase 1 alpha (ck1 alpha) and protein kinase R (PKR) have different functional implications such as regulation of viral replication and evasion of interferon induced immune response respectively. Understanding the structural and molecular basis of interactions of the viral protein with two different human kinases can be useful in developing strategies for treatment against HCV. Results: Serine 232 of NS5A is known to be phosphorylated by human ck1 alpha. A structural model of NS5A peptide containing phosphoacceptor residue Serine 232 bound to ck1 alpha has been generated using the known 3-D structures of kinase-peptide complexes. The substrate interacting residues in ck1 alpha has been identified from the model and these are found to be conserved well in the ck1 family. ck1 alpha - substrate peptide complex has also been used to understand the structural basis of association between ck1 alpha and its other viral stress induced substrate, tumour suppressor p53 transactivation domain which has a crystal structure available. Interaction of NS5A with another human kinase PKR is primarily genotype specific. NS5A from genotype 1b has been shown to interact and inhibit PKR whereas NS5A from genotype 2a/3a are unable to bind and inhibit PKR efficiently. This is one of the main reasons for the varied response to interferon therapy in HCV patients across different genotypes. Using PKR crystal structure, sequence alignment and evolutionary trace analysis some of the critical residues responsible for the interaction of NS5A 1b with PKR have been identified. Conclusions: The substrate interacting residues in ck1 alpha have been identified using the structural model of kinase substrate peptide. The PKR interacting NS5A 1b residues have also been predicted using PKR crystal structure, NS5A sequence analysis along with known experimental results. Functional significance and nature of interaction of interferon sensitivity determining region and variable region 3 of NS5A in different genotypes with PKR which was experimentally shown are also supported by the findings of evolutionary trace analysis. Designing inhibitors to prevent this interaction could enable the HCV genotype 1 infected patients respond well to interferon therapy.

Small molecule inhibitors of HCV replication from Pomegranate

Hepatitis C virus (HCV) is the causative agent of end-stage liver disease. Recent advances in the last decade in anti HCV treatment strategies have dramatically increased the viral clearance rate. However, several limitations are still associated, which warrant a great need of novel, safe and selective drugs against HCV infection. Towards this objective, we explored highly potent and selective small molecule inhibitors, the ellagitannins, from the crude extract of Pomegranate (Punica granatum) fruit peel. The pure compounds, punicalagin, punicalin, and ellagic acid isolated from the extract specifically blocked the HCV NS3/4A protease activity in vitro. Structural analysis using computational approach also showed that ligand molecules interact with the catalytic and substrate binding residues of NS3/4A protease, leading to inhibition of the enzyme activity. Further, punicalagin and punicalin significantly reduced the HCV replication in cell culture system. More importantly, these compounds are well tolerated ex vivo and `no observed adverse effect level' (NOAEL) was established upto an acute dose of 5000 mg/kg in BALB/c mice. Additionally, pharmacokinetics study showed that the compounds are bioavailable. Taken together, our study provides a proof-of-concept approach for the potential use of antiviral and non-toxic principle ellagitannins from pomegranate in prevention and control of HCV induced complications.

The beta hairpin structure within ribosomal protein S5 mediates interplay between domains II and IV and regulates HCV IRES function

Translation initiation in Hepatitis C Virus (HCV) is mediated by Internal Ribosome Entry Site (IRES), which is independent of cap-structure and uses a limited number of canonical initiation factors. During translation initiation IRES-40S complex formation depends on high affinity interaction of IRES with ribosomal proteins. Earlier, it has been shown that ribosomal protein S5 (RPS5) interacts with HCV IRES. Here, we have extensively characterized the HCV IRES-RPS5 interaction and demonstrated its role in IRES function. Computational modelling and RNA-protein interaction studies demonstrated that the beta hairpin structure within RPS5 is critically required for the binding with domains II and IV. Mutations disrupting IRES-RPS5 interaction drastically reduced the 80S complex formation and the corresponding IRES activity. Computational analysis and UV cross-linking experiments using various IRES-mutants revealed interplay between domains II and IV mediated by RPS5. In addition, present study demonstrated that RPS5 interaction is unique to HCV IRES and is not involved in 40S-3 ` UTR interaction. Further, partial silencing of RPS5 resulted in preferential inhibition of HCV RNA translation. However, global translation was marginally affected by partial silencing of RPS5. Taken together, results provide novel molecular insights into IRES-RPS5 interaction and unravel its functional significance in mediating internal initiation of translation.

Custo efetividade do uso do Peguinterferon alfa 2a combinado com Ribavirina no tratamento de respondedores virológicos lentos coinfectados com VHC/HIV

No mundo, as hepatites decorrentes de infecções virais têm sido uma das grandes preocupações em saúde pública devido a seu caráter crônico, curso assintomático e pela sua capacidade de determinar a perda da função hepática. Com o uso em larga escala de medicamentos antirretrovirais, a doença hepática relacionada à infecção pelo vírus da hepatite C (VHC) contribuiu para uma mudança radical na história natural da infecção pelo vírus da imunodeficiência humana (HIV). Não se sabe ao certo o peso da coinfecção VHC/HIV no Brasil, mas evidências apontam que independentemente da região geográfica, esses indivíduos apresentam maiores dificuldades em eliminar o VHC após o tratamento farmacológico, quando comparados a monoinfectados. No âmbito do SUS, o tratamento antiviral padrão para portadores do genótipo 1 do VHC e do HIV é a administração de peguinterferon associado à Ribavirina. Quanto ao período de tratamento e aos indivíduos que devem ser incluídos, os dois protocolos terapêuticos mais recentes possuem divergências. A diretriz mais atual preconiza o tratamento de indivíduos respondedores precoces somados a respondedores virológicos lentos, enquanto a diretriz imediatamente anterior exclui na 12 semana indivíduos que não respondem completamente. Com base nessa divergência, esse estudo objetivou avaliar o custo-efetividade do tratamento contra o VHC em indivíduos portadores do genótipo 1, coinfectados com o HIV, virgens de tratamento antiviral, não cirróticos e imunologicamente estabilizados, submetidos às regras de tratamento antiviral estabelecidos pelas duas mais recentes diretrizes terapêuticas direcionadas ao atendimento pelo SUS. Para tal, foi elaborado um modelo matemático de decisão, baseado em cadeias de Markov, que simulou a progressão da doença hepática mediante o tratamento e não tratamento. Foi acompanhada uma coorte hipotética de mil indivíduos homens, maiores de 40 anos. Adotou-se a perspectiva do Sistema Único de Saúde, horizonte temporal de 30 anos e taxa de desconto de 5% para os custos e consequências clínicas. A extensão do tratamento para respondedores lentos proporcionou incremento de 0,28 anos de vida ajustados por qualidade (QALY), de 7% de sobrevida e aumento de 60% no número de indivíduos que eliminaram o VHC. Além dos esperados benefícios em eficácia, a inclusão de respondedores virológicos lentos mostrou-se uma estratégia custo-efetiva ao alcançar um incremental de custo efetividade de R$ 44.171/QALY, valor abaixo do limiar de aceitabilidade proposto pela Organização Mundial da Saúde OMS - (R$ 63.756,00/QALY). A análise de sensibilidade demonstrou que as possíveis incertezas contidas no modelo são incapazes de alterar o resultado final, evidenciando, assim, a robustez da análise. A inclusão de indivíduos coinfectados VHC/HIV respondedores virológicos lentos no protocolo de tratamento apresenta-se, do ponto de vista fármaco-econômico, como uma estratégia com relação de custoefetividade favorável para o Sistema Único de Saúde. Sua adoção é perfeitamente compatível com a perspectiva do sistema, ao retornar melhores resultados em saúdeassociados a custos abaixo de um teto orçamentário aceitável, e com o da sociedade, ao evitar em maior grau, complicações e internações quando comparado à não inclusão.

Avaliação da presença de mutações de resistência no gene da NS5B e do prognóstico da infecção pelo HCV através da IL-28B em pacientes monoinfectados com HCV no RJ

Estima-se que a prevalência global da população mundial com hepatite C é de 3%. Pouco se sabe sobre a resposta ao tratamento com respeito à resistência viral. Algumas mutações no fragmento de 109 aminoácidos da NS5B são associadas com resistência ao interferon (IFN) e ribavirina (RBV). Estudos moleculares e clínicos identificaram fatores associados com o hospedeiro e vírus relacionados associada com a resposta ao tratamento, tal como o gene que codifica a IL-28B. Este estudo foi dividido em duas fases, cujos objetivos foram caracterizar a frequência de mutações que conferem resistência ao HCV e avaliar a relevância das mutações em pacientes Respondedores (R) ou Não Respondedores (NR) ao tratamento e caracterizar geneticamente as populações sobre polimorfismos genéticos nos SNPs da IL-28B em relação ao prognóstico da resposta ao tratamento. As amostras dos pacientes foram submetidas a testes de genotipagem e carga viral. As sequências geradas foram comparadas no BLAST e no banco de dados Los Alamos HCV. Realizamos o alinhamento das sequências homólogas e as mutações identificadas. Com base no genótipo e carga viral determinamos a classificação dos pacientes de acordo com a resposta à terapia. O DNA genômico foi isolado a partir de sangue periférico para a realização da tipagem de SNPs de IL-28B. A metodologia utilizada foi de PCR em tempo real utilizando sondas TaqMan SNP específico. A análise dos dados foi realizada utilizando GraphPad Prism com qui-quadrado, risco relativo (RR), Odds Ratio (OR) e intervalo de confiança de 95%, com um nível de significância de P <0,05. Foi encontrado na primeira fase deste estudo uma taxa significativa mutações associadas ao tratamento nas amostras estudadas. A prevalência de mutações associadas à resistência ao IFN e RBV bem como a novos medicamentos antivirais localizados no fragmento de 109 aminoácidos da NS5B foi examinado em 69 indivíduos infectados naïve no Rio de Janeiro, Brasil. Na segunda fase, as mutações foram clinicamente relevantes. Desde então, procuramos observar as diferenças entre melhor ou pior prognóstico de acordo com a imunogenética que mostrou diferenciação entre os grupos R e NR ao tratamento em relação ao prognóstico da resposta terapêutica. Quando as diferenças entre as sequências da NS5B e a resposta ao tratamento foram consideradas verificou-se que associada a mutação R254K, estava a C316N que poderia conduzir a uma não resposta à terapia no genótipo 1b. Os nossos dados também suportaram forte associação de IL-28B rs12979860, com elevada probabilidade de resposta à terapia de IFN + RBV. Nossos dados evidenciam a presença de pacientes virgens de tratamento que abrigam mutações de resistência previamente descritas na literatura. A análise dos fatores preditores de resposta virológica mostrou que a predição de boa resposta ou não ao tratamento e ainda da progressão da doença é dependente de uma importante interação entre a genética viral e a do hospedeiro. Fato este importante para que no momento de avaliação de diagnóstico e conduta terapêutica, o médico possa tomar medidas apropriadas para o tratamento de cada paciente individualmente independentemente do genótipo do HCV em questão.

Lipid Nanoparticles as Carriers for RNAi against Viral Infections: Current Status and Future Perspectives

The efforts made to develop RNAi-based therapies have led to productive research in the field of infections in humans, such as hepatitis C virus (HCV), hepatitis B virus (HBV), human immunodeficiency virus (HIV), human cytomegalovirus (HCMV), herpetic keratitis, human papillomavirus, or influenza virus. Naked RNAi molecules are rapidly digested by nucleases in the serum, and due to their negative surface charge, entry into the cell cytoplasm is also hampered, which makes necessary the use of delivery systems to exploit the full potential of RNAi therapeutics. Lipid nanoparticles (LNP) represent one of the most widely used delivery systems for in vivo application of RNAi due to their relative safety and simplicity of production, joint with the enhanced payload and protection of encapsulated RNAs. Moreover, LNP may be functionalized to reach target cells, and they may be used to combine RNAi molecules with conventional drug substances to reduce resistance or improve efficiency. This review features the current application of LNP in RNAi mediated therapy against viral infections and aims to explore possible future lines of action in this field.

Influência do polimorfismo genético de citocinas na hepatite C crônica em uma população do Rio de Janeiro

A infecção pelo vírus da hepatite C (VHC) é uma das mais comuns infecções ao redor do mundo. Aproximadamente, 20% dos pacientes infectados eliminam espontaneamente o vírus, porém a maioria dos indivíduos infectados desenvolve infecção crônica com amplo espectro de lesões hepáticas, desde inflamação leve até cirrose. A resposta imune do hospedeiro exerce grande influência sobre o desfecho da infecção pelo VHC. O objetivo deste trabalho foi analisar a influência dos polimorfismos genéticos de citocinas na susceptibilidade ou persistência da infecção por VHC e no clareamento espontâneo em uma amostra de pacientes da população do Rio de Janeiro (Brasil). Os polimorfismos genéticos das citocinas TNFA (-308), TGFB1 (codon 10 e 25), IL10 (-1082, -592), IL6 (-174) e IFNG (+874) foram analisados por PCR-SSP em 245 pacientes com hepatite C crônica (HCC), 41 pacientes que alcançaram o clareamento viral espontâneo e 189 indivíduos controle saudáveis. Além disso, os polimorfismos próximos ao gene da citocina IL28B (rs12979860, rs12980275 e rs8099917) foram analisados por PCR em tempo real em todos os grupos. O grau de fibrose e inflamação, a resposta ao tratamento e o genótipo do vírus também foram levados em consideração quanto ao desfecho da HCC Os genótipos IL28B rs12979860 CC e CT e rs12980275 AA e AG foram significativamente associados ao clareamento espontâneo e à resposta à terapia anti-viral. Da mesma forma, o alelo C (rs12979860) e o alelo A (rs12980275) foram significativamente maior no grupo Clareamento. O alelo C de IL6 (-174) foi associado com o Clareamento. Nenhuma associação entre as demais citocinas e o desfecho da HCC foi encontrada. O Genótipo TNFA (-308) GG parece estar associado com menor grau de inflamação. Além disso, a etnia auto declarada influencia a distribuição dos polimorfismos em IL6 (-174) e IL28B rs12979860 e rs8099917. Nossas observações indicam que os polimorfismos próximos ao gene da IL28B estão associados com o clareamento viral e resposta ao tratamento na população do Rio de Janeiro. Além disso, nossos resultados podem ser úteis para futuras investigações entre os polimorfismos de citocinas e a infecção por VHC numa população heterogênea como a Brasileira.

丙型肝炎病毒基因和蛋白结构研究进展

　估计全球约有117 亿人口感染丙型肝炎,是一种严重影 响人类健康的传染病。丙型肝炎的病原为丙型肝炎病毒 (Hepatitis C Virus ,HCV) 。1989 年Choo 等人首先获得HCV 基因组的cDNA 全序列,使HCV 成为病毒学史上第一个首先 通过基因克隆技术确认的病毒〔1 ,2〕。此后,HCV 的分子生物 学研究进展迅速。现将HCV 病毒分子结构的最新研究状况 做一综述。

丙型肝炎病毒(HCV)株的全基因组序列测定: 完成HCV 基因型6 全套17 个亚型基因组的测序

丙型肝炎病毒（Hepatitis C virus, HCV）的全基因组序列测定，曾经由于许多方面 的条件限制而难于完成。但是，其对于研究HCV 分子病毒学、流行病学、进化和致 病性却至关重要，特别是在临床应用中，不同序列的基因型决定α-干扰素治疗的不同 效果。在本研究完成之前，HCV 基因型6 仅有6 个亚型有其全基因组序列。因此， 本研究的主要目的在于，测定HCV 变异株代表基因型6 其余的11 个亚型和新亚型的 全基因组序列，并深入分析。 本研究从样品分别来自于中国、泰国，和在美国及加拿大生活的东南亚国家移民 的HCV 感染者。因为样品有限，改良传统的PCR 方法，摸索出“桥”和“岛”DNA 全序列扩增法，从每例样品100μl 血清或从100μl 血清中获得的cDNA 中测定了13 个HCV 全基因组核苷酸序列。 以来源于Genbank 的已知基因型6 的七个全长序列为参考对所测定的13 个亚型 全序列进行共同分析显示，这些全基因组核苷酸的两两比较相似率变化范围为 71.9%--82.7%，著地， 这四对序列间的相同率高于标准定义的HCV 基因亚型之间的 范围值75%-80%。为了进一步理解和证实这些亚型间的遗传相似性，本研究还测定 了代表这4 对亚型的病毒原型株的全基因序列，结果显示了相同的核苷酸水平上的变 异范围，这为HCV 基因亚型的分类提供了新的认识，亦强调了全长序列对于分类的 重要性。 从系统发育方面的分析证实，本研究所测得的13 个分离株都属于基因型6。在系 统发育树上，每个病毒株代表一个独立的枝。并形成了高度分化的HCV 基因型6 分 枝，从而清楚显示，各亚型的独立分布。本研究至此完成了基因型6 中17 个亚型的 全序列测定，而km41 和gz52557 因缺乏其临床上和流行病学上的多个感染病例的证 实，而继续保留其亚型未命名状态。结合来源于Los Alamos HCV database 的基因型6 的已知部分序列的变异株进一步分析，发现各相近亚型变异株均来自东南亚或东南亚国家移民，这提示了这些HCV 的相同感染源。 为了探讨HCV 夫妻间传播的可能性，本研究还测定了来自于泰国的两位感染 HCV 的献血员及其感染HCV 的配偶。这4 个基因序列C-0044 和C-0046 之间核苷 酸相同率为98.1%，而C-0185 和 C-0192 之间为97.8%。文献研究感染HCV 的夫妇 间的部分亚基因序列的相同率为96.3%至100%，本研究结果与此范围相符，并第一 次用全基因组序列提示了HCV 在夫妻间传播的可能性。 本研究还测定了基因型6 的另一个变异株的全基因组序列：HK6554，香港的某患 者，与上文中的GX004 一起，均为静脉吸毒者，并共同感染了HCV 和HIV-1。分析 结果还表明了一种趋势，即是在中国南方，基因亚型6e 有从以前的地方性传播方式 转为现有的流行性传播方式。这种转变可能由于静脉吸毒感染HCV 的人群的网络传 播而加快。 综上，本研究用传统PCR、简并引物结合链特异引物的方法有效地测定了共21 个病毒株的全基因序列。该方法也可用于其它分子流行病学的研究，特别在测定珍贵 的病毒序列然而样品量又受限时。本研究所测定的全基因组序列代表HCV 中最古老、 分化最多、地方性传播、又可能动物源性的基因型6 的全套17 个亚型。这有助于进 一步理解HCV 基因亚型的分类意义、更准确评价HCV 的进化和起源，亦有助于发 现HCV 新的变异株和提高临床诊断、治疗，为将来HCV 的流行及公众健康的预测、 预防和疫苗的制备奠定了坚实的分子遗传学基础。

Application of impedance spectroscopy for monitoring colloid Au-enhanced antibody immobilization and antibody-antigen reactions

We used colloidal An to enhance the amount of antibody immobilized on a gold electrode and ultimately monitored the interaction of antigen-antibody by impedance measurement. Self-assembly of 6 nm (diameter) colloidal An onto the self-assembled monolayers (SAMs) of 4-aminothiophenol modified gold electrode resulted in an easier attachment of antibody. The redox reactions of [Fe(CN)(6)](4-)/[Fe(CN)(6)](3-) on the gold surface were blocked due to the procedures of self-assembly of 4-aminothiophenol and antibody immobilization, which were investigated by cyclic voltammetry and impedance spectroscopy. The interaction of antigen with grafted antibody recognition layers was carried out by soaking the modified electrode into a phosphate buffer at pH 7.4 with various concentrations of antigen at 37 degreesC for 30 min. The antibody recognition layers and their interactions with various concentrations of antigen could be detected by measurements of the impedance change. The results show that this method has good correlation for detection of Hepatitis B virus surface antigen in the range of 0.5-200 mug/l and a detection limit of about 50 ng/l.