PhD Margaret Kielian

Todos los virus con envoltura utilizan los pasos esenciales de fusión de membranas para entrar en una célula huésped y gemación de membranas para salir. La información molecular sobre los procesos de entrada y salida es fundamental para comprender el ciclo de vida de los virus con envoltura y cómo explotan la maquinaria de la célula huésped, y como modelo clave para las reacciones de fusión y gemación de membranas celulares.

Nuestra investigación se centra en los mecanismos moleculares de entrada y salida de virus mediante alfavirus y el virus estrechamente relacionado, el virus de la rubéola, y flavivirus como el virus del dengue. Los flavivirus y alfavirus incluyen muchos patógenos humanos importantes como los virus del dengue, Zika y Chikungunya, que causan millones de infecciones humanas cada año. No existen vacunas ni terapias antivirales para la mayoría de estos virus, y se necesitan urgentemente nuevas estrategias.

Los alfavirus, el virus de la rubéola y los flavivirus ingresan a las células por absorción endocítica y luego fusionan su membrana con la membrana del endosoma en una reacción desencadenada por el bajo pH de la vesícula endocítica. Las proteínas de fusión de membrana de estos virus son proteínas estructuralmente relacionadas y se repliegan durante la fusión a una conformación de homotrímero que media la fusión y la infección del virus. Estudios recientes también han demostrado que las proteínas estructuralmente similares se expresan en plantas y en muchos animales, donde median la fusión de gametos entre células y durante el desarrollo.

Aún quedan muchas preguntas importantes sobre el mecanismo molecular de la fusión de membranas, tanto para los virus como para las células. Se sabe poco sobre el mecanismo y las características estructurales de la inserción de la proteína de fusión en la membrana diana. También estamos investigando los mecanismos de control dependientes del pH para la reacción de fusión del virus de la rubéola.

Durante la biogénesis de alfavirus y flavivirus, una proteína acompañante forma un dímero estrechamente asociado con la proteína de fusión y la protege del pH bajo y de la fusión prematura durante el transporte exocítico. Esta proteína acompañante debe disociarse para permitir la fusión del virus. Los mecanismos de protección del pH para muchos otros virus son desconocidos y estamos utilizando el virus de la rubéola como un sistema para definir nuevos mecanismos de protección del pH.

Los alfavirus salen de la célula huésped infectada por gemación a través de la membrana plasmática. Se sabe poco sobre el ensamblaje y gemación de los alfavirus, aunque está claro que estos procesos están altamente regulados para producir partículas virales organizadas de alta infectividad específica. ¿Cómo sucede esto y cuáles son las funciones de los factores celulares y virales? Buscamos determinar cómo se ensambla el núcleo interno de la cápside de ARN viral, cómo el virus excluye los ARN del huésped y cómo el ensamblaje de la nucleocápside puede ser inhibido por pequeñas moléculas. Estamos utilizando una nueva estrategia de recuperación de proteínas de la cápside para identificar y caracterizar los factores del huésped involucrados en el ensamblaje de la nucleocápside de los alfavirus. Hemos desarrollado alfavirus marcados con fluorescencia para seguir el ensamblaje y la gemación del virus en tiempo real en células infectadas. Estamos investigando cómo los alfavirus se propagan de célula a célula, un proceso que protege al virus de la neutralización por anticuerpos. La membrana plasmática celular y la red citoesquelética se remodelan drásticamente durante la gemación y estamos definiendo los mecanismos y las vías de señalización que median la remodelación.

Nuestro laboratorio utiliza una amplia variedad de enfoques, entre ellos, biología molecular, genética de virus, bioquímica de proteínas, imágenes de células vivas, biología celular y biología estructural. Los posibles proyectos de investigación incluyen: investigación de moléculas específicas involucradas en la transmisión de virus de célula a célula, uso de virus marcados con fluorescencia para seguir los pasos en el ensamblaje y gemación de virus, caracterización del papel de los factores celulares en el ensamblaje y salida de virus, uso de mutantes de virus para caracterizar pasos específicos en la fusión y protección del pH.

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