Вирусы полностью зависят от своих хозяев для размножения. Они опустошают живые клетки, извлекая из них необходимые компоненты и энергию, и захватывают клеточный механизм хозяина, чтобы создать новые копии себя.
Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature Communications, вирус простого герпеса 1 типа (HSV-1) также изменяет структуру клеток. Исследователи из Центра геномной регуляции (Испания) обнаружили, что вирус герпеса изменяет архитектуру человеческого генома, перестраивая его форму в трехмерном пространстве, чтобы HSV-1 мог получить доступ к генам хозяина, наиболее полезным для его способности к размножению. «HSV-1 — это оппортунистический "дизайнер интерьеров", который с большой точностью перестраивает человеческий геном и выбирает, с какими его частями он вступает в контакт. Это новый механизм манипуляции ресурсами хозяина о котором мы не знали», — рассказал Эстер Гонсалес Альмела, первый автор исследования.
Хотя другие вирусы герпеса, как было замечено, уплотняют и изменяют форму хромосом хозяина, было неясно, является ли это побочным эффектом проникновения вируса и создания им собственных фабрик по репликации вируса. Это исследование является первым доказательством того, что HSV-1 намеренно изменяет человеческий геном в течение нескольких часов после инфицирования. Важно, что исследователи обнаружили, что блокирование одного фермента хозяина, топоизомеразы I, полностью блокирует способность HSV-1 изменять человеческий геном во время инфицирования, останавливая этот враждебный захват. Это открытие представляет собой новую потенциальную стратегию борьбы с вирусом, которым инфицированы почти четыре миллиарда человек во всем мире.
"В культуре клеток ингибирование этого фермента останавливало инфекцию до того, как вирус успевал создать хоть одну новую частицу", - говорит Альмела. "Это дает нам потенциальную новую терапевтическую мишень для остановки инфекции". Исследователи пришли к своим выводам, объединив микроскопию со сверхвысоким разрешением, метод визуализации, который позволяет увидеть структуры шириной 20 нанометров, что примерно в 3500 раз тоньше волоса, с технологией Hi-C, которая позволяет определить, какие фрагменты ДНК соприкасаются внутри ядра. Они использовали оба метода, чтобы по-новому взглянуть на механизм проникновения вируса HSV-1 в клетки человека.
Ученые обнаружили, что враждебный захват начинается в течение первого часа, когда вирус захватывает фермент РНК-полимеразу II человека, чтобы помочь синтезировать собственные белки. Топоизомераза I, фермент, который расщепляет ДНК и структурный белок когезин последовали за человеческой РНК-полимеразой II во вновь формирующиеся участки репликации вируса. Через три часа после заражения большая часть полимеразы и значительная часть двух других факторов покинули человеческие гены. Массовая кража приводит к нарушению транскрипции во всем геноме хозяина, что, в свою очередь, приводит к тому, что хроматин, естественное состояние человеческого генома внутри клеток, сжимается в плотную оболочку, составляющую всего 30% от его первоначального объема (см.фото).
Это было неожиданное открытие, поскольку считается, что структура хроматина определяет транскрипцию. "Мы всегда думали, что плотный хроматин блокирует работу генов, но здесь мы видим обратное: сначала прекращается транскрипция, а затем ДНК уплотняется. Взаимосвязь между активностью и структурой может быть улицей с двусторонним движением", - отмечает Альмела.
Результаты исследования могут помочь снизить нагрузку на общественное здравоохранение, связанную с HSV-1, который считается глобальной проблемой здравоохранения из-за его распространенности и способности вызывать повторяющиеся вспышки. Хотя существуют методы лечения, позволяющие справиться с симптомами, число штаммов, устойчивых к лекарственным препаратам, растет.
