EGCG targeting JAK1/ STAT5 or STAT6 dampens pseudorabies virus replication via inhibiting BNIP3/caspase-3-dependent apoptosis

Virussen zijn meesters in het kapen van de machinerie binnenin onze cellen, waardoor ze worden omgevormd tot fabrieken die meer virusdeeltjes produceren. Om deze invasie te overleven, hebben cellen een ingebouwde noodrem die apoptose wordt genoemd. Dit is een vorm van geprogrammeerde cel dood, een bewuste zelfopoffering waarbij een cel haar eigen activiteiten stopzet en uiteenvalt om te voorkomen dat het virus zich naar de buren verspreidt. Het is een fundamenteel verdedigingsmechanisme, maar de relatie tussen virussen en deze cellulaire zelfmoord is complex. Sommige virussen triggeren het om zich te verspreiden, terwijl andere het blokkeren om de gastheercel langer in leven te houden. Begrijpen hoe een virus precies deze interne schakelaars manipuleert, is cruciaal voor het ontwikkelen van nieuwe manieren om infecties te stoppen, vooral voor virussen die van dieren op mensen overspringen.

Een dergelijk virus is het pseudorabiesvirus, een pathogeen dat van nature varkens infecteert, maar recentelijk heeft laten zien het vermogen te hebben om mensen te infecteren, wat ernstige oog- en herseninfecties veroorzaakt. Hoewel er vaccins bestaan, zijn er nieuwe stammen van het virus opgekomen die moeilijker te beheersen zijn. Onderzoekers aan de Yangzhou Universiteit in China onderzoeken hoe dit virus interageert met de cellen die het infecteert en of een veelvoorkomend natuurlijk verbinding die in groene thee wordt gevonden, het kan stoppen. Hun werk richt zich op een specifieke keten van gebeurtenissen binnen de cel: een signaalroute die werkt als een reeks schakelaars, een eiwit dat celdood triggert, en een natuurlijke stof die mogelijk in staat is die schakelaars weer naar veiligheid terug te zetten.

De onderzoekers begonnen door te observeren wat er gebeurt wanneer varkensniercellen worden geïnfecteerd met het pseudorabiesvirus. Ze ontdekten dat het virus de cellen inderdaad aanzet tot zelfmoord, maar dat het dit doet via een zeer specifieke route. Het virus zorgt ervoor dat een eiwit genaamd caspase-3 actief wordt, wat de uiteindelijke uitvoerder is in het proces van celdood. Deze activatie vindt echter niet in isolatie plaats. Het virus veroorzaakt ook een piek in een eiwit genaamd BNIP3, dat zich op het buitenste oppervlak van de energiefabrieken van de cel, de mitochondriën, bevindt. De studie toonde aan dat BNIP3 als een helper voor het virus fungeert; wanneer de BNIP3-niveaus hoog zijn, repliceert het virus succesvoller en sterven de cellen sneller. Toen de onderzoekers BNIP3 uit de cellen verwijderden, had het virus moeite met repliceren en overleefden de cellen langer. Dit onthulde dat het virus dit zelfvernietigingsmechanisme eigenlijk gebruikt om zich te verspreiden, in plaats van te proberen het te stoppen.

Om te begrijpen hoe het virus BNIP3 vertelt om aan te gaan, keek het team naar een belangrijk communicatienetwerk binnen de cel dat bekend staat als de JAK/STAT-route. Dit netwerk is verantwoordelijk voor het doorgeven van berichten van de buitenkant van de cel naar de binnenkant, vaak in reactie op dreigingen of groeisignalen. De onderzoekers ontdekten dat het virus dit netwerk op een complexe manier kaapt. Het verhoogt de activiteit van een boodschapper genaamd JAK1, die vervolgens verschillende andere boodschappers bekend als STAT1, STAT5 en STAT6 activeert. Verrassend genoeg onderdrukt het virus ook een vierde boodschapper, STAT3. De studie vond dat STAT5 en STAT6 medeplichtigen aan het virus fungeren, door te helpen bij het verhogen van BNIP3 en de cel richting de dood te drijven. In contrast hiermee werkt STAT1 als een verdediger, die probe de celdood te vertragen, terwijl STAT3, wanneer actief, ook helpt de cel te beschermen. Het virus versterkt slim de helpers terwijl het de beschermers stillegt.

De onderzoekers testten vervolgens een potentiële oplossing: epigallocatechine-gallaat, of EGCG, het belangrijkste actieve ingrediënt in groene thee. Eerdere studies hadden aangetoond dat EGCG het virus kon stoppen, maar het mechanisme was onduidelijk. In deze studie ontdekten zij dat EGCG werkt door de kaping van het communicatienetwerk van de cel door het virus te verstoren. Wanneer de cellen voor infectie werden behandeld met EGCG, voorkwam de verbinding dat het virus het volume van de JAK1-boodschapper opschroefde. Als gevolg hiervan daalden de niveaus van de helper-boodschappers STAT5 en STAT6, terwijl de beschermende boodschapper STAT3 de ruimte kreeg om te herstellen. Omdat het virus de STAT5- en STAT6-routes niet langer kon activeren, bleven de niveaus van het de dood bevorderende eiwit BNIP3 laag, en ondergingen de cellen niet de snelle zelfmoord die het virus nodig heeft om zich te verspreiden.

De studie sloot zorgvuldig andere mogelijkheden uit om te garanderen dat de resultaten precies waren. Ze bevestigden bijvoorbeeld dat het virus niet vertrouwde op een andere, meer algemene mitochondriale zelfmoordroute waarbij eiwitten zoals Bax of cytochroom C betrokken zijn; de celdood was strikt afhankelijk van de BNIP3- en caspase-3-route. Ze testten ook of de effecten specifiek waren voor één stam van het virus of de methode van infectie, en vonden dat het mechanisme standhield voor zowel de klassieke als de nieuwere, gevaarlijkere stammen van het virus die ze testten. Bovendien bewezen ze, door gebruik te maken van genetische hulpmiddelen om specifieke genen te verwijderen, dat het virus zonder STAT5 en STAT6 niet de celdood kan triggeren die het nodig heeft, en dat zonder EGCG het virus deze paden succesvol kon manipuleren.

Uiteindelijk biedt het onderzoek een duidelijke kaart van hoe het pseudorabiesvirus een cel dwingt om zichzelf te vernietigen om zijn eigen verspreiding te bevorderen. Het laat zien dat het virus niet slechts een passieve indringer is, maar een actieve manipulator van de interne signalering van de cel, waarbij het specifiek de JAK1/STAT5- en JAK1/STAT6-paden target om BNIP3 te verhogen. De bevindingen suggereren dat natuurlijke verbindingen zoals EGCG krachtige instrumenten kunnen zijn in de strijd tegen deze infectie, niet door het virus direct aan te vallen, maar door het natuurlijke evenwicht van de cel te herstellen en te voorkomen dat het virus zijn eigen ontsnappingsroute triggert. Dit biedt een nieuw perspectief op hoe we virale infecties kunnen behandelen, waarbij de focus ligt op de verdediging van de gastheercel in plaats van alleen op het virus zelf.