Каким бы знакомым для всех ни стал за последние два года коронавирус SARS-CoV-2, исследователи все еще пытаются разрешить одну загадку.
Как, в самом деле, пандемический вирус, так изменивший мир, после попадания в дыхательную систему попадает в мозг? Ответ на этот вопрос важен, поскольку неврологические жалобы являются одними из самых распространенных в созвездии симптомов, называемых длинным COVID. Загадка кроется в том, что клетки мозга не имеют рецепторов, которые вирус использует для проникновения в клетки носа и легких.
Однако SARS-CoV-2 придумал гениальный обходной путь. Он может полностью отказаться от молекулярных маневров, необходимых для присоединения к клеточной мембране и ее разблокировки. Вместо этого он использует специальный инструмент в виде "мостиков" из нанотрубочек - цилиндров, построенных из обычного белка актина, диаметр которых не превышает нескольких десятков нанометров. Эти миниатюрные нанотрубки преодолевают межклеточные промежутки, проникают в соседнюю клетку и дают вирусным частицам прямой путь в ткани, невосприимчивые к COVID.
Исследователи из Института Пастера в Париже продемонстрировали возможности опосредованного нанотрубками проникновения в клетки в ходе исследования in vitro, которые теперь необходимо подтвердить на инфицированных пациентах. При получении дальнейших доказательств, результаты исследования могли бы объяснить, почему некоторые люди, заразившиеся COVID-19, испытывают затуманенность сознания и другие неврологические симптомы. Кроме того, если удастся разорвать эти межклеточные каналы, это может предотвратить некоторые из этих изнурительных последствий инфекции.
Путь через нанотрубки - "это короткий путь, по которому инфекция распространяется быстро и между различными органами, как благоприятствующими, так и не благоприятствующими ее распространению", - говорит Кьяра Зурзоло, клеточный биолог из Института Пастера, проводившая исследование. "И это также может быть способом для вируса скрываться и уходить от иммунного ответа".
Вирус может быть способен управлять клеточными нанотрубками, переключая их с других обычных задач, таких как перенос липидов и белков между клетками. Ранние исследования SARS-CoV-2 позволили предположить, что он может захватывать аналогичные клеточные функции. В работе, опубликованной в журнале Cell в 2020 году, было показано, что клетки, зараженные коронавирусом, выдвигают антенноподобные усики, называемые филоподиями, с вирусными частицами на борту.
SARS-CoV-2 обычно проникает в клетки в дыхательных путях и других местах, прикрепляя свой выступающий белок спайка к рецепторам ACE2 на их поверхности. Зурзоло и ее коллеги задались вопросом, не использует ли коронавирус туннельные нанотрубки, чтобы пробраться в клетки, не оснащенные этими рецепторами. Чтобы выяснить, как это происходит, исследователи использовали клетки почек обезьян, инфицировали их SARS-CoV-2 и культивировали их вместе с нейронами человека в лабораторных условиях.
Клетки почек обезьян обычно используются для моделирования дыхательных путей человека в исследованиях COVID-19, поскольку в этих клетках присутствуют рецепторы ACE2. Нейроны были получены из клеточной линии, которая первоначально была культивирована из нейробластомы. Эти клетки не имеют рецепторов ACE2, но через 48 часов, проведенных бок о бок с клетками почек, инфицированными коронавирусом, 62,5 % из них были заражены SARS-CoV-2.
Затем специалисты использовали передовые методы микроскопии, чтобы изучить, как происходит передача вируса. Пометив вирусные белки антителами и флуоресцентными красителями, чтобы они были заметны, исследователи получили изображения вируса с высоким разрешением внутри туннельных нанотрубок, соединяющих клетки. Они смогли увидеть как вирусные частицы, так и везикулы, в которых вирус воспроизводит себя. Они также обнаружили белки, которые являются частью клеточного механизма, используемого вирусом для репликации. Изображение было настолько детальным, что были видны даже белки шипов, которые придают вирусу его колючий вид, сообщили исследователи в журнале Science Advances. Поселившись в клетках нейронов, коронавирус смог продолжить репликацию.
Эксперименты также показали, что клетки, зараженные коронавирусом, производили гораздо больше туннельных нанотрубок, чем незараженные клетки, что позволяет предположить, что сам вирус подстегивает клетку к созданию этих соединительных элементов. SARS-CoV-2 - не единственный патоген, который управляет клетками таким образом. ВИЧ также использует преимущества туннельных нанотрубок для перемещения между клетками, а вирус Марбурга провоцирует рост филоподий.
"Вирус настолько коварен", - говорит Неван Кроган, молекулярный биолог из Калифорнийского университета, который не принимал участия в новом исследовании, но провел исследование 2020 года, в котором было обнаружено увеличение числа филоподий после инфицирования коронавирусом. "Это манипулирование всеми нашими процессами с помощью очень ограниченного генетического [репертуара]". По словам Крогана, клеточные мостики могут играть роль в том, как вирус иногда вызывает длительный COVID.
Зурзоло и ее коллеги подозревают, что вирус проникает через нос и направляется к одной из двух обонятельных луковиц мозга, которые содержат ткани, обрабатывающие запахи. Нанотрубки могут помочь вирусу избежать антител, что позволит ему дольше задерживаться в организме. "Если вы сможете манипулировать ферментами, которые отвечают за формирование филоподий или нанотрубок, это может быть способом повлиять на длительное существование COVID", - утверждает Кроган. Его работа показала, что коронавирус увеличивает производство фермента казеин-киназы II, которая в свою очередь помогает строить белковую основу филоподий и нанотрубок. Senhwa Biosciences, тайваньская компания по разработке лекарственных препаратов, в настоящее время проводит клинические испытания препарата silmitasertib, который ингибирует казеин-киназу II, чтобы выяснить, может ли он повлиять на восстановление после COVID-19.
Тем временем Зурзоло и ее коллеги сейчас работают над тем, чтобы доказать, что их гипотеза о том, как SARS-CoV-2 достигает мозга, имеет место при реальных инфекциях. Если им удастся это сделать, они, возможно, станут на шаг ближе к разгадке того, почему у некоторых людей COVID-19 вызывает затяжное ухудшение здоровья.
