Сбой в работе клеточной системы контроля качества при коронавирусной инфекцииСбой в работе клеточной системы контроля качества при коронавирусной инфекции
Изучая заболевание, вызванное близким родственником вируса, вызывающего COVID-19, группа ученых выявила соединение, которое может облегчить симптомы коронавирусной инфекции.
Группа специалистов из Университета Северной Каролины изучала коронавирус, вызывающий ближневосточный респираторный синдром. MERS гораздо менее распространен, но гораздо более смертоносен, чем COVID-19. Участники группы задались целью узнать больше о том, как вирус, вызывающий MERS, повреждает легкие. В ходе лабораторных исследований они проанализировали десятки тысяч белков, молекулярных мессенджеров и других сигналов, возникающих после инфицирования. Они выявили молекулярный процесс, являющийся частью механизма контроля качества клеток, который играет центральную роль в причинении вреда при коронавирусной инфекции.
Затем специалисты провели поиск в обширной базе данных соединений и обнаружили одно из них - известное как AMG PERK 44 - которое в лабораторных условиях останавливает репликацию вируса в тканях человека. Они также обнаружили, что это соединение оказывает сильное действие на мышей, инфицированных вирусом. Это соединение усиливало функцию легких, уменьшало повреждение легких и потерю веса у мышей, особенно у мышей-самцов. Компания Battelle уже подала заявку на патент на использование ингибитора PERK для лечения коронавирусных инфекций. Но ученые подчеркивают, что еще слишком рано судить о том, сможет ли это соединение помочь пациентам. Скорее, по их словам, результаты их исследования, опубликованные в журнале mBio, наиболее ценны как часть более широких усилий по изучению респираторных заболеваний.
"Подобные исследования помогают нам больше узнать о том, как действуют смертельные респираторные вирусы - как они делают то, что делают, почему они атакуют определенные участки легких, а не другие", - говорит вирусолог Эми Симс, одна из двух первых соавторов статьи. Симс изучает коронавирусы уже более 20 лет. Она и ее соавторы начали нынешнее исследование восемь лет назад, еще до появления COVID-19. "Подумайте, как быстро была создана вакцина для защиты от COVID-19 и как быстро были найдены новые лекарственные препараты для лечения этого заболевания", - говорит Симс. "Успех был достигнут не потому, что ученые начали с нуля, когда появился этот вирус. Они смогли использовать результаты многолетних исследований, чтобы понять, как работает иммунная система и как она реагирует на коронавирусы. Никогда не знаешь, когда те или иные знания окажутся крайне важными в будущем".
Когда клетка начинает производить белки, не соответствующие стандартам по какой-либо причине, включая инфекцию, механизм восстановления белков в эндоплазматическом ретикулуме клетки переходит в режим экстренного реагирования. Ретикулум начинает функционировать как центр сортировки поврежденных белков в период стресса. Когда он переполняется неправильными белками, включается так называемая реакция несвернутого белка, или UPR (unfolded protein response). UPR временно останавливает всю клеточную активность, связанную с созданием новых белков. Это позволяет клетке выиграть время, необходимое для восстановления неправильно сформированных белков.
Однако, если повреждается слишком много белков и механизм восстановления и сворачивания белков не справляется, запускается механизм уничтожения клетки. Именно эта система, как обнаружили исследователи, очень активна в некоторых клетках легких, когда организм реагирует на инфекцию MERS. "Коронавирусные инфекции вызывают сложные фенотипы реакций клеток, и необходимы новые стратегии, чтобы выяснить, какие механизмы способствуют развитию тяжелых, угрожающих жизни последствий", - отмечает Симс.
Amy C. Sims et al. Ингибирование ответа несвернутого белка уменьшает вызванное коронавирусом ближневосточного респираторного синдрома острое повреждение легких (аннотация).
Тканевые и клеточно-специфические паттерны экспрессии сильно варьируют внутри и между людьми, что приводит к изменению реакции хозяина после острой вирусной инфекции. Разгадка ключевых тканеспецифических паттернов ответа предоставляет новые возможности для определения фундаментальных механизмов взаимодействия вируса и хозяина при заболевании и идентификации критических тканеспецифических сетей для вмешательства в патологический процесс в легких. В настоящее время не существует утвержденных терапевтических средств для пациентов с коронавирусом ближневосточного респираторного синдрома (MERS-CoV), и мало что известно о том, как типы клеток легких участвуют в развитии заболевания.
Вирус MERS-CoV одинаково реплицируется в первичных эндотелиальных клетках микрососудов легких человека (MVE) и фибробластах (FB), а также в культурах эпителиальных клеток дыхательных путей человека (HAE) до эквивалентных пиковых титров, но с более медленной кинетикой репликации. Однако только инфицированные MVE демонстрируют заметный цитопатический эффект, вызванный вирусом. Для изучения механизмов, приводящих к снижению жизнеспособности MVE, были инфицированы сопоставимые с донорскими клеточные культуры человеческих MVE, HAE и FB, а их транскриптомы, протеомы и липидомы отслеживались с течением времени. Подтвержденный анализ функционального обогащения показал, что инфицированные MERS-CoV MVE погибают в результате апоптоза, опосредованного реакцией несвернутого белка (UPR).
Фармакологические манипуляции с UPR в первичных клетках легких, инфицированных MERS-CoV, снижали титры вируса и улучшали дыхательную функцию у самцов мышей с сопутствующим снижением потери веса, патологических признаков острого повреждения легких и времени восстановления. Системно-биологический анализ и валидационные исследования глобальных кинетических данных транскриптов, белков и липидов подтвердили, что ингибирование стрессовых путей хозяина, которые дифференциально регулируются после инфицирования MERS-CoV различных типов тканей, может облегчить прогрессирование симптомов заболевания легких, обычно наблюдаемое после вспышек коронавируса.
