Исследователи Атлантического университета Флориды обнаружили неизвестный ранее механизм, позволяющий вирусу иммунодефицита человека 1-го типа (ВИЧ-1) обходить естественные защитные механизмы организма и использовать их для поддержания своего выживания и репликации.
Это биологический процесс, в котором участвуют циркулярные РНК (кольцевые РНК), образующие внутри клеток „петлю“ или кольцо - в отличие от обычных молекул РНК, которые имеют форму прямой линии. Эта петлеобразная форма делает циркулярные РНК гораздо более стабильными и позволяет им действовать как губка, впитывая микроРНК (миРНК) и не давая им выполнять свою обычную работу, например, контролировать включение или выключение генов.
Хотя ранее ученые обнаружили тысячи миРНК в клетках человека и животных, лишь небольшое их количество было найдено в вирусах - в основном в крупных ДНК-вирусах, таких как герпесвирусы, включая вирус простого герпеса и вирус Эпштейн-Барра. Эти вирусы имеют большие геномы и могут годами скрываться в организме, прежде чем снова стать активными.
Результаты исследования, опубликованные в журнале npj Viruses, представляют собой первое экспериментальное доказательство того, что ВИЧ-1 генерирует цирРНК, произведенные из интегрированного ретровирусного генома, что позволяет по-новому взглянуть на биологию ВИЧ. Эти результаты раскрывают ранее скрытый уровень жизненного цикла ВИЧ-1, проливая свет на то, как вирус усиливает свою персистенцию, репликацию и способность обходить иммунную систему. Они также указывают на новую стратегию, которую использует вирус для выживания, предлагая исследователям новую цель в борьбе с одним из самых живучих патогенов в мире.
«Мы знаем, что циркулярные РНК появляются в ДНК-вирусах, таких как вирус Эпштейна-Барра и вирус папилломы человека, но то, что они генерируются РНК-вирусом, таким как ВИЧ-1, невероятно интересно», - комментирует Массимо Капути, старший автор работы. «ВИЧ-1 уникален - он интегрируется в геном хозяина и захватывает РНК-процессорный механизм клетки, что дает ему редкую среди РНК-вирусов способность генерировать эти стабильные циркулярные РНК».
Авторы исследования идентифицировали по меньшей мере 15 различных микроРНК ВИЧ-1 и подтвердили их наличие с помощью передовых молекулярных методов и методов секвенирования. «Когда ВИЧ заражает организм, определенные иммунные клетки, называемые CD4+ T-клетками, реагируют на это повышением уровня двух микроРНК - miR-6727-3p и miR-4722-3p, которые, вероятно, помогают бороться с вирусом», - говорит Капути. «Но ВИЧ, похоже, дает отпор, вырабатывая циркулярные РНК, которые захватывают эти микроРНК. Это ослабляет иммунный ответ и помогает вирусу создавать больше копий самого себя. Это говорит о том, что циркулярные РНК ВИЧ могут помогать поддерживать жизнь инфицированных клеток и позволять вирусу долгое время оставаться в организме - одна из главных причин, почему ВИЧ так трудно вылечить».
В норме некоторые миРНК присутствуют на низком уровне, но при заражении ВИЧ их количество увеличивается. Чтобы противостоять им, ВИЧ создает циркулярные РНК, которые поглощают эти миРНК и ослабляют защиту организма. Это позволяет вирусу продолжать размножаться. «Одна из наиболее распространенных миРНК, создаваемых ВИЧ, под названием Circ23, включает в себя части генетического кода вируса, которые ученые не до конца понимали раньше», - отмечает Капути. «Но теперь становиться понятно, что они важны для того, чтобы помочь вирусу выжить и реплицироваться».
Результаты исследования также свидетельствуют о том, что производство цирРНК у разных людей может быть разным, что потенциально может влиять на персистенцию и распространение вируса. Эти различия могут быть обусловлены тем, как клетки хозяина обрабатывают РНК, а также наличием РНК-связывающих белков, необходимых для образования цирРНК. «Эти различия могут помочь объяснить, почему реакция пациентов может быть разной, особенно в случаях вирусной латентности - состояния, когда вирус находится в спящем состоянии и сопротивляется как иммунной атаке, так и антиретровирусной терапии», - поясняет Капути.
Хотя современные методы не могут точно измерить количество циркулярных РНК, исследователи отмечают, что использование капельной цифровой ПЦР может позволить в скором времени проводить точное количественное определение этих молекул в образцах пациентов. «Это только начало», - говорит Капути. «Сейчас мы работаем над тем, чтобы определить, как эти вирусные циркулярные РНК взаимодействуют с клетками человека. Если мы поймем, как их блокировать, то, возможно, сможем остановить вирус и помочь приблизиться к излечению».
Кроме того, исследовательская группа планирует изучить новые методы лечения, в которых используются специальные молекулы, называемые антисмысловыми олигонуклеотидами (ASO), чтобы блокировать циркулярные РНК ВИЧ. Они проверят этот подход на моделях длительной инфекции и на клетках людей, живущих с ВИЧ, чтобы лучше понять, как эти цирРНК помогают вирусу выживать в организме.
«Наши результаты показывают, как ВИЧ контролирует человеческие клетки на молекулярном уровне и открывают новые возможности для лечения», - говорит Капути. «Поскольку циркулярные РНК стабильны и специфичны, они также могут использоваться в качестве маркеров инфекции или новых мишеней для лекарственных препаратов».
