Un virus comune è collegato a cambiamenti metabolici nei neuroni. / Common Virus Linked to Metabolic Changes in Neurons

Un virus comune è collegato a cambiamenti metabolici nei neuroni. Il procedimento del brevetto ENEA RM2012A000637 è molto utile in questo tipodi applicazione. / Common Virus Linked to Metabolic Changes in Neurons. The process associated with ENEA patent RM2012A000637 is very useful for this type of application.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

L'infezione da HSV-1 modifica rapidamente il modo in cui i neuroni umani producono ed utilizzano energia.

Il virus dell'herpes simplex di tipo 1 (HSV-1), noto soprattutto per causare l'herpes labiale, infetta una vasta porzione della popolazione mondiale e può rimanere latente nelle cellule nervose per decenni. Negli ultimi anni, i ricercatori hanno trovato prove che collegano l'HSV-1 a patologie neurologiche come il morbo di Alzheimer, ma gli scienziati non hanno ancora compreso appieno come il virus influenzi il cervello. Un recente studio pubblicato su Neurophotonics fa luce su questo aspetto, mostrando come l'HSV-1 modifichi il modo in cui i neuroni umani producono ed utilizzano energia.

Utilizzando un modello di tessuto cerebrale umano coltivato in laboratorio, i ricercatori hanno scoperto che l'HSV-1 riprogramma rapidamente il metabolismo cellulare. I neuroni infetti inizialmente aumentano la loro produzione di energia, ma nel tempo questa maggiore attività è accompagnata da segni di stress e da una compromissione della funzione mitocondriale. Secondo l'autrice Maria Savvidou, ricercatrice senior presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica della Tufts University, "I nostri risultati forniscono nuove informazioni su come un'infezione virale persistente possa rimodellare il metabolismo neuronale e potenzialmente contribuire ai processi associati alle malattie neurologiche". 

I ricercatori hanno coltivato neuroni umani in impalcature tridimensionali che imitano parte della struttura del tessuto cerebrale. Ciò ha permesso loro di studiare l'infezione in un ambiente che assomiglia maggiormente al cervello umano rispetto alle tradizionali colture cellulari cresciute su superfici piane. I tessuti sono stati esposti a bassi livelli di HSV-1 e monitorati per 10 giorni.

Per monitorare ciò che accadeva all'interno delle cellule, il gruppo ha utilizzato tecniche avanzate di imaging ottico che si basano sulla luce naturale emessa dalle molecole coinvolte nella produzione di energia. Ciò ha permesso di effettuare misurazioni ripetute dello stesso tessuto vivente nel tempo, consentendo ai ricercatori di cogliere la risposta metabolica dinamica all'infezione anziché affidarsi a singole misurazioni puntuali.

Il virus si è diffuso nel tessuto nel corso del tempo, ma i neuroni infetti sono rimasti in gran parte vivi e intatti per tutta la durata dell'esperimento. Questa è stata una scoperta importante perché ha dimostrato che possono verificarsi cambiamenti metabolici sostanziali anche prima che si manifestino danni cellulari estesi.

Uno dei cambiamenti più evidenti ha riguardato il lattato, una molecola prodotta quando le cellule scompongono il glucosio per ricavarne energia. Il lattato è spesso considerato un sottoprodotto metabolico, ma lo studio suggerisce che possa svolgere un ruolo più attivo. Poco dopo l'infezione, i neuroni hanno rilasciato quantità maggiori di lattato. Successivamente, i neuroni hanno riutilizzato parte di questo lattato come fonte di energia alternativa, contribuendo a soddisfare l'aumentato fabbisogno energetico dovuto all'infezione.

I dati di imaging hanno mostrato che i neuroni infetti entravano in uno stato metabolico insolitamente attivo entro un giorno dall'infezione. L'attività risultava aumentata in entrambe le principali vie metaboliche di produzione di energia della cellula, indicando che il virus impone notevoli richieste alle risorse cellulari.

Con il progredire dell'infezione, i segni di stress cellulare sono diventati più evidenti. Tra il settimo ed il decimo giorno, i neuroni hanno mostrato evidenze di stress ossidativo, una condizione in cui molecole reattive dannose possono accumularsi e danneggiare i componenti cellulari. I ricercatori hanno anche rilevato livelli crescenti di lipofuscina, un pigmento autofluorescente che tende ad accumularsi nelle cellule invecchiate o stressate.

 

Anche i mitocondri delle cellule, spesso descritti come le centrali energetiche cellulari, hanno mostrato segni di un'alterazione funzionale. Sebbene i neuroni continuassero a produrre energia, i dati suggerivano che il processo stesse diventando meno equilibrato e potenzialmente meno efficiente nel tempo.

 

Combinando diverse misurazioni del metabolismo cellulare, i ricercatori hanno scoperto che i tessuti infetti e non infetti diventavano sempre più diversi con il progredire dell'esperimento. Le differenze maggiori sono emerse dopo 10 giorni dall'infezione, indicando che l'HSV-1 causa un cambiamento graduale ma sostanziale nel metabolismo neuronale.

 

Lo studio suggerisce che il lattato potrebbe aiutare i neuroni ad adattarsi alle esigenze dell'infezione virale fungendo da fonte di energia alternativa. Tuttavia, questo adattamento potrebbe avere un costo. La dipendenza prolungata da questo stato metabolico alterato è stata associata ad un crescente stress ossidativo ed ad altri segni di disfunzione cellulare.

Secondo i ricercatori, lo studio dimostra il valore delle tecniche di imaging non invasive per analizzare come i virus influenzano il tessuto cerebrale vivente. Rivelando i cambiamenti metabolici che si manifestano prima che si verifichino danni cellulari significativi, questo approccio potrebbe aiutare gli scienziati ad identificare i primi segnali di allarme di malattie neurologiche ed a comprendere meglio il legame tra infezioni virali persistenti e salute del cervello.

ENGLISH

HSV-1 infection rapidly rewires how human neurons produce and use energy.

Herpes simplex virus type 1 (HSV-1), the virus best known for causing cold sores, infects a large portion of the world's population and can remain dormant in nerve cells for decades. In recent years, researchers have found evidence linking HSV-1 to neurological conditions such as Alzheimer's disease, but scientists still do not fully understand how the virus affects the brain. A recent study published in Neurophotonics sheds light on that question by showing how HSV-1 changes the way human neurons produce and use energy.

Using a laboratory-grown model of human brain tissue, researchers discovered that HSV-1 rapidly rewires cellular metabolism. Infected neurons initially boost their energy production, but over time this heightened activity is accompanied by signs of stress and impaired mitochondrial function. According to author Maria Savvidou, a senior researcher in the Department of Biomedical Engineering at Tufts University, “Our findings provide new insight into how persistent viral infection may reshape neuronal metabolism and potentially contribute to processes associated with neurological disease.” 

The researchers grew human neurons in three-dimensional scaffolds that mimic some of the structure of brain tissue. This allowed them to study infection in a setting that more closely resembles the human brain than traditional cell cultures grown on flat surfaces. The tissues were exposed to low levels of HSV-1 and monitored for 10 days.

To track what was happening inside the cells, the team used advanced optical imaging techniques that rely on the natural light emitted by molecules involved in energy production. This enabled repeated measurements of the same living tissue over time, allowing the researchers to capture the dynamic metabolic response to infection rather than relying on single end-point measurements.

The virus spread through the tissue over time, but the infected neurons remained largely alive and intact throughout the experiment. This was an important finding because it showed that substantial metabolic changes can occur even before extensive cell damage becomes apparent.

One of the most striking changes involved lactate, a molecule produced when cells break down glucose for energy. Lactate is often thought of as a metabolic byproduct, but the study suggests it may play a more active role. Shortly after infection, neurons released increased amounts of lactate. Later, neurons reused some of this lactate as an alternative fuel source, helping meet the increased energy demands of infection.

The imaging data showed that infected neurons entered an unusually active metabolic state within a day of infection. They increased activity in both of the cell's main energy-producing pathways, indicating that the virus places substantial demands on the cell's resources.

As the infection continued, signs of cellular stress became more apparent. By days 7 and 10, the neurons showed evidence of oxidative stress, a condition in which harmful reactive molecules can accumulate and damage cellular components. The researchers also detected increasing levels of lipofuscin, an autofluorescent pigment that tends to build up in aging or stressed cells.

 

The cells' mitochondria, often described as the cell's power plants, also showed signs of altered function. While the neurons continued producing energy, the data suggested that the process was becoming less balanced and potentially less efficient over time.

 

When the researchers combined multiple measurements of cellular metabolism, they found that infected and uninfected tissues became increasingly different as the experiment progressed. The largest differences appeared after 10 days of infection, indicating that HSV-1 causes a gradual but substantial shift in neuronal metabolism.

 

The study suggests that lactate may help neurons adapt to the demands of viral infection by serving as an alternative fuel source. However, this adaptation may come at a cost. Sustained reliance on this altered metabolic state was associated with growing oxidative stress and other signs of cellular dysfunction.

According to the researchers, the work demonstrates the value of noninvasive imaging for studying how viruses affect living brain tissue. By revealing metabolic changes that appear before major cell damage occurs, the approach could help scientists identify early warning signs of neurological disease and better understand the connection between persistent viral infections and brain health.

Da:

https://www.technologynetworks.com/immunology/news/common-virus-linked-to-metabolic-changes-in-neurons-415897?utm_campaign=NEWSLETTER_TN_Immunology&utm_medium=email&_hsenc=p2ANqtz-_z3V5owHc6A_VVl81c5ttujGIUjLRG353xdHMF1V5kOdRMbdOPPxVsdFa2lVqYVnlmkdHnV0Z37fF9cydqQImCBYweePWD-N1Iv8V-OxrToZH6kvs&_hsmi=437773305&utm_content=437773305&utm_source=hs_email