Nuove scoperte sui meccanismi di difesa dai virus negli insetti

I batteri e gli organismi più complessi hanno sviluppato sistemi per rilevare e affrontare il materiale genetico estraneo. Questo include meccanismi per limitare la replicazione dei virus. Uno dei sistemi chiave coinvolge gli acidi nucleici, comprese tecniche come l'Interferenza dell'RNA (RNAi) e CRISPR-Cas9. Questi sistemi giocano un ruolo fondamentale nella difesa contro i virus, soprattutto negli insetti.

#Meccanismo di Interferenza dell'RNA (RNAi)

Negli insetti, l'RNAi aiuta a combattere le infezioni causate dai virus a RNA. Quando un insetto si imbatte in RNA a doppio filamento (dsRNA) di un virus, un enzima chiamato Dicer taglia questi filamenti di RNA in pezzi più piccoli noti come piccoli RNA interferenti virali (vsiRNA). L'efficacia di questo meccanismo RNAi dipende spesso da un altro enzima chiamato RNA-dipendente RNA polimerasi (RdRP).

Tuttavia, studi recenti hanno trovato un nuovo modo in cui gli insetti possono amplificare l'effetto RNAi anche senza RdRP. Ad esempio, virus come il virus Flock House (FHV) possono produrre DNA circolare stabile che può generare molto RNA virale e successivamente molti vsiRNA. Questo aiuta l'insetto a resistere all'infezione virale.

Curiosamente, anche quando l'enzima Dicer è inattivato, la Drosophila (un tipo di mosca) può ancora resistere alle infezioni virali che dipendono dai DNA virali. Questo indica che potrebbero esserci altri modi in cui gli insetti combattono i virus che non si basano sul sistema RNAi.

#Lacune nella Conoscenza

Gran parte della ricerca precedente ha esaminato virus a RNA non retrovirali in un numero limitato di insetti, come le zanzare e la Drosophila. Servono ulteriori studi per vedere se questi meccanismi antivirali siano presenti in una gamma più ampia di insetti, soprattutto riguardo a come producono DNA virali circolari attraverso la via RNAi. I bachi da seta sono una buona scelta per questi studi perché hanno una struttura genetica ben conosciuta.

Lavori precedenti hanno mostrato che un reovirus noto come B. mori cypovirus (BmCPV), che ha un genoma RNA composto da 10 segmenti, può creare un tipo di DNA circolare durante un'infezione. L'RNA di questo DNA circolare può essere trasformato in vsiRNA, che aiuta a resistere all'infezione da BmCPV attraverso la via RNAi.

Tuttavia, potrebbero esserci altri meccanismi antivirali che non si basano sull'RNAi, in particolare quelli usati contro i virus DNA circolari negli insetti.

#Ruolo dell'RNase H

L'RNase H è un tipo di enzima che può degradare l'RNA quando fa parte di una molecola ibrida RNA-DNA. Questo enzima ha un ruolo fondamentale in vari processi del DNA come la replicazione e la trascrizione, specialmente dove avvengono combinazioni RNA-DNA. Per questo motivo, l'RNase H gioca un ruolo importante nell'immunità contro i virus degradando questi ibridi formati durante la riproduzione virale.

La ricerca ha mostrato che se c'è una mancanza di RNase H2, un membro della famiglia RNase H, gli ibridi RNA-DNA si accumulano, portando a livelli aumentati di retroelementi. Questi retroelementi possono attivare vie immunitarie naturali che proteggono dalle infezioni.

Studi recenti hanno anche legato l'RNase H a un nuovo meccanismo di difesa contro i virus nelle cellule dei mammiferi. Ad esempio, il virus a singolo filamento a senso negativo chiamato virus encefalomiocardite (EMCV) può creare DNA complementare che forma ibridi con il suo RNA. L'RNase H aiuta a degradare questo filamento di RNA, impedendo così all'EMCV di causare un'infezione.

Questo solleva la domanda: il DNA circolare dei virus a RNA a doppio filamento può difendersi dalle infezioni attraverso l'RNase H negli insetti?

#Panoramica dello Studio Attuale

In questo studio, abbiamo esaminato se il DNA circolare chiamato vcDNA-S7, prodotto dal BmCPV, potesse bloccare le infezioni virali usando l'RNase H1. I nostri risultati hanno mostrato che i livelli di RNase H1 aumentano durante l'infezione da BmCPV e che questo enzima può ridurre la capacità del virus di riprodursi.

Inoltre, il vcDNA-S7 può accoppiarsi con l'RNA virale corrispondente per creare una molecola ibrida, che poi segnala all'RNase H1 di degradare l'RNA virale. Questo aiuta a fermare la diffusione del virus. In generale, le nostre scoperte suggeriscono che il vcDNA-S7 può bloccare efficacemente l'infezione da BmCPV attraverso l'RNase H1, offrendo nuove intuizioni sui meccanismi antivirali negli insetti.

#Livelli di Espressione di RNase H1 Durante l'Infezione

Abbiamo valutato come i livelli di espressione di RNase H1 cambiassero durante l'infezione da BmCPV in diversi intervalli di tempo. I risultati hanno mostrato un costante aumento dei livelli di RNase H1, che ha raggiunto il picco a 96 ore dopo l'infezione. Questo è stato confermato attraverso diversi test come western blot e immunofluorescenza.

Con il progredire dell'infezione, il numero di cellule che esprimevano RNase H1 è aumentato, suggerendo che i virus a RNA possono aumentare i livelli di RNase H1. Al contrario, quando abbiamo esaminato cellule infettate da un virus DNA chiamato BmNPV, non abbiamo visto alcun aumento significativo dei livelli di RNase H1.

#Ruolo di RNase H1 nella Regolazione della Proliferazione di BmCPV

Per studiare ulteriormente il ruolo di RNase H1 nella proliferazione di BmCPV, abbiamo misurato come l'espressione genica virale cambiava nelle cellule con livelli di RNase H1 aumentati o diminuiti. Le nostre scoperte hanno indicato che silenziare RNase H1 causava un aumento nei livelli di mRNA del virus, mentre aumentare RNase H1 portava a una minore espressione genica virale. Questo rinforza l'idea che RNase H1 giochi un ruolo negativo nel migliorare l'infezione da BmCPV.

#Ruolo di vcDNA-S7 nell'Infezione da BmCPV attraverso RNase H1

Negli studi precedenti, abbiamo trovato che il vcDNA-S7 può essere trascritto in RNA per produrre vsiRNA, che aiuta a resistere all'infezione da BmCPV. Volevamo vedere se il vcDNA-S7 potesse inibire il BmCPV anche attraverso l'RNase H1. I nostri risultati hanno mostrato che quando aumentavamo i livelli di RNase H1, la capacità del vcDNA-S7 di inibire il BmCPV aumentava. Al contrario, ridurre RNase H1 indeboliva l'effetto antivirale del vcDNA-S7.

Questo suggerisce che il vcDNA-S7 regola l'infezione da BmCPV attivando l'RNase H1.

#Forme di vcDNA-S7 nelle Cellule

Abbiamo anche indagato le forme di vcDNA-S7 presenti nelle cellule, specificamente se esiste come DNA a filamento singolo o doppio. Si sa che gli enzimi chiamati endonucleasi di restrizione possono tagliare il DNA a doppio filamento ma non il DNA a filamento singolo.

Dopo aver trattato il DNA da cellule infettate da BmCPV con enzimi specifici, abbiamo trovato prove che suggeriscono che il vcDNA-S7 può esistere sia come DNA a filamento singolo che doppio.

Questo significa che il vcDNA-S7 ha il potenziale per formare molecole ibride con l'RNA virale, il che potrebbe essere cruciale per combattere le infezioni virali.

#Formazione di Duplex DNA-RNA da parte di vcDNA-S7

Per confermare se il vcDNA-S7 potesse creare un ibrido DNA-RNA con l'RNA di BmCPV, abbiamo condotto test di co-localizzazione usando marcatori fluorescenti. I risultati indicavano che l'ibrido DNA-RNA si formava quando le cellule erano infettate da BmCPV, dimostrando che il vcDNA-S7 si accoppiava effettivamente con l'RNA virale.

Abbiamo anche condotto esperimenti per vedere se l'RNase H potesse riconoscere e degradare l'RNA in questi ibridi. I risultati hanno sostenuto l'idea che il vcDNA-S7 e l'RNA S7 di BmCPV formassero un ibrido DNA-RNA, permettendo all'RNase H1 di intervenire e degradare l'RNA, inibendo così l'infezione virale.

#Riepilogo dei Risultati

Abbiamo appreso che l'RNase H1 è cruciale nella regolazione dell'infezione da BmCPV ma non influisce su BmNPV. Il DNA circolare vcDNA-S7 può creare ibridi DNA/RNA con l'RNA di BmCPV e successivamente reclutare RNase H1 per degradare l'RNA virale, prevenendo l'infezione.

Questi risultati aggiungono un nuovo strato alla nostra comprensione di come i bachi da seta combattono i virus e suggeriscono che meccanismi simili potrebbero esistere anche in altri organismi.

La relazione tra infezioni virali e RNase H potrebbe servire come un meccanismo protettivo significativo contro vari virus a RNA, specialmente negli insetti. Comprendere questo potrebbe portare a migliori strategie per gestire le infezioni virali attraverso diverse specie.