Некоторые вирусные заболевания могут способствовать нейродегенерации.
Об этом сообщают исследователи в журнале Nature Communications. Их оценка основана на лабораторных экспериментах, в которых они смогли показать, что определенные вирусные молекулы способствуют межклеточному распространению белковых агрегатов, которые являются отличительными признаками таких заболеваний мозга, как болезнь Альцгеймера. Эти выводы могут дать представление о том, как острые или хронические вирусные инфекции могут способствовать нейродегенерации.
Агрегаты неправильно сформированных белков, которые возникают при так называемых прионных заболеваниях, таких как болезнь Крейтцфельдта-Якоба, обладают способностью переходить из одной клетки в другую, где они передают свою аномальную форму белкам того же вида. В результате болезнь распространяется по всему мозгу. Аналогичное явление обсуждается в отношении болезней Альцгеймера и Паркинсона, при которых также наблюдаются агрегаты неправильно сформированных белков. Передача агрегатов может включать прямой контакт между клетками, выход "голых" агрегатов во внеклеточное пространство или упаковку в везикулы - крошечные пузырьки, окруженные липидной оболочкой, которые выделяются для связи между клетками.
"Точные механизмы передачи неизвестны", - говорит руководитель исследования Ина Ворберг. "Однако очевидно, что агрегатный обмен как при прямом контакте клеток, так и через везикулы зависит от лиганд-рецепторных взаимодействий. Это связано с тем, что в обоих сценариях мембраны должны контактировать и сливаться. Этому способствует наличие лигандов, которые связываются с рецепторами на поверхности клетки и затем вызывают слияние двух мембран".
Основываясь на этом предположении, сотрудники Ворберг провели обширную серию исследований с различными клеточными культурами. При этом они изучали межклеточный перенос либо прионов, либо агрегатов белков тау, как это происходит при прионных заболеваниях, болезни Альцгеймера и других "тауопатиях". Имитируя процессы, происходящие в результате вирусной инфекции, исследователи заставляли клетки вырабатывать вирусные белки, которые способствуют связыванию клеток-мишеней и слиянию мембран.
В качестве основных обьектов были выбраны два белка: SARS-CoV-2 спайковый белок S и гликопротеин вируса везикулярного стоматита VSV-G, который присутствует в патогене, заражающем крупный рогатый скот и других животных. Причем клетки экспрессировали рецепторы для этих вирусных белков, а именно рецепторы семейства LDL, которые действуют как стыковочные порты для VSV-G, и человеческий ACE2, рецептор для белка шипа. "Мы смогли показать, что вирусные белки включаются как в клеточную мембрану, так и во внеклеточные везикулы. Их присутствие увеличивало распространение белковых агрегатов между клетками, как при прямом контакте клеток, так и через внеклеточные везикулы".
"Вирусные лиганды опосредовали эффективный перенос агрегатов в клетки-реципиенты, где они индуцировали образование новых агрегатов. Лиганды действуют как ключи, которые отпирают клетки-реципиенты и таким образом доставляют опасный груз", -
говорит Ворберг. "Конечно, наши клеточные модели не воспроизводят многие аспекты работы мозга с его очень специализированными типами клеток. Однако, независимо от типа клеток, продуцирующих патологические агрегаты, присутствие вирусных лигандов явно увеличивало распространение неправильно сформированных белков в другие клетки. В целом, наши данные свидетельствуют о том, что вирусные лиганд-рецепторные взаимодействия в принципе могут влиять на передачу патологических белков. Это новое открытие".
"Мозг пациентов, страдающих от нейродегенеративных заболеваний, иногда содержит некоторые вирусы. Предполагается, что они вызывают воспаление или оказывают токсическое действие, тем самым ускоряя нейродегенерацию. Однако вирусные белки могут действовать и по-другому: они могут усиливать межклеточное распространение белковых агрегатов, уже происходящее при нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера", - говорит Ворберг.
"Конечно, это требует дальнейших исследований нейротропных вирусов. Очевидно, что влияние вирусных инфекций на нейродегенеративные заболевания заслуживает глубокого изучения".
Shu Liu et al. Высокоэффективное межклеточное распространение неправильного фолдинга белков, опосредованное вирусными лиганд-рецепторными взаимодействиями (аннотация).
Белковые агрегаты, связанные с нейродегенеративными заболеваниями, обладают способностью передаваться непораженным клеткам, тем самым шаблонизируя собственную аберрантную конформацию на растворимые гомотипические белки. Протеопатические агрегаты могут высвобождаться во внеклеточное пространство, секретироваться вместе с внеклеточными везикулами (EV) или обмениваться при прямом контакте между клетками. Степень вклада каждого из этих путей в прионоподобное распространение неправильного фолдинга белков неясна.
Обмен клеточным грузом как при прямом контакте с клеткой, так и через EV зависит от взаимодействия рецептор-лиганд. Мы предположили, что включение этих взаимодействий посредством вирусных лигандов усиливает межклеточную передачу протеопатических агрегатов. Используя различные клеточные модели, распространяющие прионы или патогенные агрегаты тау, мы продемонстрировали, что гликопротеин вируса везикулярного стоматита и SARS-CoV-2 S-спайковый белок увеличивают индукцию агрегатов при контакте с клетками или декорированными лигандами EV. Таким образом, взаимодействие рецептор-лиганд является важным фактором, определяющим распространение межклеточных агрегатов.
Наши данные позволяют предположить, что вирусные инфекции способствуют распространению протеопатических агрегатов, облегчая межклеточный перенос грузов.
