биомолекула.ру. Взгляд изнутри.
 

Логин:
Пароль:


Троянский конь против ахейцев, или Как вирусы выдают иммунитету сами себя

[15 сентября, 2015 г.]

Вирусы похожи на идеальное оружие: смертоносные, незаметные, изменчивые, но в то же время просто устроенные. Найти изъяны их защиты не так-то легко. Их гораздо сложнее обезвредить, чем бактерии, против которых разработали множество лекарств. И всё-таки ахиллесова пята у вирусов есть. Более того, они сами выдают ее клеткам, обеспечивающим врожденный иммунитет для млекопитающих. Это вторичный посредник циклический гуанозинмонофосфат-аденозинмонофосфат (cGAMP), который «переезжает» вместе со своими незадачливыми хозяевами в каждую заново зараженную клетку.

Продвинутый читатель научпопа в курсе, что большинство таблеток против вирусов либо уже устарело, либо скоро устареет [1]. (Есть, конечно, базовые процессы, которые вирусам в своем жизненном цикле никак не обойти, и можно использовать лекарства против них. Правда, как показывает практика, это тоже временная мера [2].) Такой читатель знает и то, что иммуномодуляторы, рекламы которых весной и осенью больше, чем луж, тая́т в себе не реально действующее вещество, а чистой воды шарлатанство. Хорошо, а всё-таки почему тогда человек не умирает при первой в его жизни эпидемии гриппа?

Конечно, иммунитет человека, да и всех других млекопитающих, имеет свои средства для борьбы с вирусами, способные и заметить, и обезвредить опасные частицы. Существование вирусов так же зависит от синтеза белков, как и жизни клеточных организмов. Чтобы синтезировать белок, нужна РНК-матрица, а для ее появления, в свою очередь, требуется молекула ДНК. ДНК в зараженных клетках образуют даже те вирусы, у которых уже есть необходимая для трансляции информационная РНК (ретровирусы, самый известный из которых — ВИЧ). На ДНК-то вирус и попадается. Его гены находятся в цитоплазме клетки-жертвы. А вот ее «родные» гены надежно упакованы — часть в ядре, часть в митохондриях. В ответ на присутствие незваной двухцепочечной ДНК в цитоплазме активируется cGAS — синтаза 2´-3´-циклического ГМФ-АМФ. Получившиеся тандемные молекулы, называемые cGAMP (рис. 1), служат вторичными посредниками и передают сигнал о присутствии чужеродной ДНК стимулятору генов интерферонов — STING. Гены активируются, интерфероны образуются и перебрасываются на борьбу с вирусом*.

* — Интерфероны — цитокины, сигнальные белки, синтезируемые клетками иммунной системы в ответ на проникновение в них вирусов (если речь идет о вирусной инфекции). Секреция этих молекул пораженными клетками индуцирует устойчивость к вирусам клеток соседних. Противовирусное действие интерферонов связано с блокированием проникновения вирусных частиц в клетку и их «раздевания», подавлением синтеза белка и разрушением РНК — ассортимент задействованных механизмов зависит от типа вируса. В итоге страдает производство вирусных компонентов, а значит, и выход частиц — очаг поражения не расширяется. Синтез белков нарушается не избирательно — клетка тоже может погибать (часто к дефициту белка присоединяется и прямая индукция апоптоза). Клетки жертвуют собой, дабы не допустить распространения инфекции. Интерфероны также модулируют функции иммунной системы, повышая цитокиновую сигнализацию для координации активности иммунных клеток [3]. Разные типы интерферонов применяют для лечения рака, рассеянного склероза и вирусных инфекций (гепатитов C и B). Грипп и прочие ОРВИ в список показаний к применению не входят, хотя многочисленные препараты на основе интерферона агрессивно рекламируются и назначаются врачами. Количество интерферона в этих препаратах и способы его доставки в организм не позволяют рассчитывать на реальный профилактический или лечебный эффект. Заболевания, при которых интерферонотерапия показана, реально тяжелые, потому приходится мириться с побочными действиями этих препаратов (эффективны только инъекционные формы): жаром, мышечными болями и прочей «гриппозностью». И это еще самые безобидные эффекты. В том числе и поэтому нет банальных ОРВИ и гриппа среди показаний для интерферонотерапии (реальной, а не плацебо). — Ред.

фраза

Рисунок 1. Молекула cGAMP и ее функция. а — Структурная формулаб — Пространственная структура; в — Молекулярный путь cGAS-cGAMP-STING. Служит для регистрации двухцепочечной ДНК в цитоплазме клеток млекопитающих. В норме ее там быть не должно. Рисунок из «Википедии».

фраза

Рисунок 2. Результаты эксперимента по заражению частицами HIV-1-GFP клеток линии HEK293 с репортерной системой. Промотор гена интерферона-β (IFNβ) активируется в клетках HEK293, получивших вирусные частицы из клеток-продуцентов (293T) с внесенным геном мышиного фермента cGAS дикого типа (m-cGAS). Частицы из клеток с каталитически неактивным ферментом cGAS (m-cGAS-AA) и вообще без него (w/o cGAS) не индуцируют синтез репортерного белка (соответственно, за рамками репортерной системы — интерферона). Рисунок из [4].

Всегда ли клетки реагируют на вирус одинаково — независимо от того, есть ли у них инфицированные соседки? Теоретически это может быть правдой, но мы-то знаем, что в биологии словá «всегда», «никогда» и им подобные лучше не применять. Так же решили и авторы работы, опубликованной в Science [4]. Они сконструировали гибридные вирусные частицы, у которых гены были от ВИЧ-1, а гликопротеины оболочки — от вируса везикулярного стоматита (VSV-G). В открытую рамку считывания вирусного гена env вставили ген зеленого флуоресцентного белка (GFP). Из-за этого новые вирусные частицы не могли собраться (ведь была нарушена структура гена белка оболочки), зато при каждой попытке сборки экспрессировали GFP, по интенсивности флуоресценции которого можно было определять количество и расположение вирусов.

Полученными вирусными частицами (HIV-1-GFP) заразили клетки линии 293T. cGAS в них нет, а значит, ни о каком иммунном ответе на ДНК вируса не могло быть и речи. Поэтому в часть клеток наряду с HIV-1-GFP ввели векторы, позволяющие синтезировать этот фермент. Только некоторым клеткам «подарили» ген cGAS дикого типа, в остальных случаях он был видоизменён так, чтобы его продукт не мог катализировать образование cGAMP. Затем из этих клеток выделили вирусные частицы и заразили ими клетки HEK293, синтезирующие STING и интерферон в ответ на присутствие cGAMP (во всех последующих экспериментах использовали клетки тех же линий в таком же порядке). Тут-то и настало время флуоресценции. В тех клетках, которым достались вирусы из 293T с внесенным геном cGAS дикого типа, флуоресценция была наиболее сильной (рис. 2). В клетках HEK293, которым достались вирусы из 293T с мутантной cGAS, флуоресценции и активации STING замечено не было.

Если судить лишь по этим данным, ничего нового мы пока не узнали. По ним видно только, что для выработки интерферона-β нужна работающая cGAS. Но это было известно и ранее: фермент запускает весь каскад реакций, куда же без него? Поэтому эксперименты продолжились. Теперь в клетки 293T вводили то поддельные вирусные частицы (конечно, вместе с геном cGAS), то клеточные везикулы, выделенные вместе с вирусами от предыдущих экспериментов, то отдельные вирусные белки, например, p24 и VSV-G. В первых двух случаях, несмотря на наличие cGAS и чужеродных элементов в цитоплазме, «зараженные» клетки не вырабатывали сколько-нибудь заметного количества интерферона-β. Зато компоненты вирусов давали явный иммунный ответ, не являясь ДНК, то есть прямой мишенью cGAS.

Теперь разгадка была близко, а именно где-то в вирионе. Это должна быть некая молекула, которая участвует в сигнальном пути cGAS-cGAMP-STING и при этом находится внутри вирусной частицы. Следующий после cGAS кандидат — cGAMP. Чтобы проверить наличие этого вещества в вирусах, исследователи, во-первых, пометили cGAMP в клетках 293T биотином, а во-вторых, методом масс-спектрометрии определили содержание этой молекулы в частицах HIV-1-GFP, выделенных из клеток 293T. И надо сказать, что она там обнаружилась. Кроме того, вирусные частицы из 293T, чей cGAMP был нейтрализован змеиной фосфодиэстеразой 1, не запускали выработку интерферонов в новых хозяевах.

Удивительно получается: вирусная частица каким-то образом захватывает с собой в каждую новую клетку своего «предателя» — молекулу, которая бьёт внутриклеточную тревогу! Кстати, и межклеточную тоже. Вирусы, которых в другом исследовании пересаживали в дендритные клетки, тоже содержали cGAMP и вызывали мощный ответ со стороны врожденного иммунитета. Этот ответ защищал от заражения еще не инфицированные клетки [5].

Заключение

Почему сигналинг cGAMP так долго «оставался в тени»? Авторы работы предполагают, что дело в объекте изучения. Чаще всего образование вирусов исследуют на линии 293T, в клетках которой cGAS отсутствует. Это позволяет вирусам беспрепятственно размножаться, но исключает вероятность обнаружения переноса cGAMP от клетки к клетке.

Надо отметить, что интерес к сигналам, невольно передаваемым вирусами, отнюдь не только теоретический. Потенциально cGAMP таит в себе много применений. Например, он может стать реальным иммуномодулятором: большие количества этой молекулы активируют максимальное число дендритных клеток, а значит, иммунный ответ организма будет мощнее, чем обычно. К тому же, cGAMP реально ввести в состав какой-нибудь противовирусной вакцины [6] наряду с антигенами нужного вируса и тем самым повысить активность дендритных клеток. Наконец, с помощью cGAMP можно усилить действие онколитических вирусов, с помощью которых, как ясно из их названия, борются со злокачественными опухолями.

Литература

  1. биомолекула: «Пилюля от гриппа: современные противовирусные средства»;
  2. биомолекула: «„Костыль“ для нейраминидазы»;
  3. Brassard D.L., Grace M.J., Bordens R.W. (2002). Interferon-alpha as an immunotherapeutic protein. J. Leukoc. Biol71, 565–581;
  4. Bridgeman A., Maelfait J., Davenne T., Partridge T., Peng Y., Mayer A. et al. (2015). Viruses transfer the antiviral second messenger cGAMP between cells. Science349, 1228–1232;
  5. Gentili M., Kowal J., Tkach M., Satoh T., Lahaye X., Conrad C. et al. (2015). Transmission of innate immune signaling by packaging of cGAMP in viral particles. Science349, 1232–1236;
  6. биомолекула: «Вирусы-платформы: яд во благо».

Автор: Ястребова Светлана.

Число просмотров: 649.

Вернуться в раздел «Новости»

Комментарии

(Оставить комментарий) (показывать сначала старые комментарии)

Re: Троянский конь против ахейцев, или Как вирусы выдают иммунитету сами себя

Nashev — 16 сентября, 2015 г. 12:02. (ссылка) (свернуть ветвь)

А что мешает вирусами потерять этого коня на какой-нибудь переправе, и сделать бесполезными и иммунитет, на него завязанный, и все такие новые лекарства? Или ВИЧ так трудно побороть именно потому, что он без этого коня?

(ответить)

Re: Re: Троянский конь против ахейцев, или Как вирусы выдают иммунитету сами себя

Ястребова Светлана — 16 сентября, 2015 г. 13:21. (ссылка)

Тогда уж солдат, а не коня, по этой аналогии. Что мешает конкретной вирусной частице потерять cGAMP? Предполагаю, то, что молекул cGAMP много, ну и одна вирусная частица без них погоды не сделает. Что мешает вирусам потерять их в принципе? То, что cGAMP производится клеткой-хозяином, и если уж кто будет это вещество терять, то она — например, если мутирует, и поломается вся система cGAS-cGAMP-STING.
А вот про ВИЧ нигде не сказано, что у него нет такой системы. Ведь cGAS-cGAMP-STING — это "свойство" клетки, а не вируса. Более того, именно ВИЧ, путь и модифицированный, использовали в одном из описанных исследований.

(ответить)

Re: Троянский конь против ахейцев, или Как вирусы выдают иммунитету сами себя

Шалимов Владимир — 16 сентября, 2015 г. 10:53. (ссылка) (свернуть ветвь)

Хорошая статья!Невозможно понять действие вирусов и цитокинов,если не заниматься электроникой белковых комплексов!Молекулярная биология в принципе не может ответить на фундаментальные вопросы взаимодествия вирусов и клетки.

(ответить)

Re: Re: Троянский конь против ахейцев, или Как вирусы выдают иммунитету сами себя

Felix Filatov — 16 сентября, 2015 г. 14:50. (ссылка) (свернуть ветвь)

Любопытно. Молекулярная биология не "в принципе", а сегодня не может ответить на некоторые вопросы взаимодействия клеток с вирусами, на многие уже ответила. Но что значит "в принципе", и какие вопросы Вы считаете "фундаментальными"?

(ответить)

Re: Re: Re: Троянский конь против ахейцев, или Как вирусы выдают иммунитету сами себя

Шалимов Владимир — 17 сентября, 2015 г. 10:22. (ссылка) (свернуть ветвь)

Самое главное-пусковой механизм запускающий реакции клетки на вирусы,гормоны,наночастицы и т.п.,но не на описательном как сейчас ,а на элементарном уровне электронных переходов.Он должен быть единым и связан с природой,электроникой и структурой белков.И здесь всё упирается в электронику белковых ассоциатов-я этим занимаюсь!

(ответить)

Re: Re: Re: Re: Троянский конь против ахейцев, или Как вирусы выдают иммунитету сами себя

Felix Filatov — 17 сентября, 2015 г. 10:39. (ссылка) (свернуть ветвь)

Ну так если у клетки есть рецепторы к соответствующему вирусу - электроника работает и может быть описана - хоть словами, хоть с использованием формального аппарата. А если нет - то нет. И ключевой момент здесь - наличие рецепторов для адсорбции (или "пищевой чашечки" - как у амеб для фагоцитоза). Тем не менее, Ваш взгляд любопытен, поскольку моя аргументация вполне тривиальна, так что если Вы занимаетесь этим, можно ли попросить ссылку на Ваши работы?

(ответить)

Re: Re: Re: Re: Re: Троянский конь против ахейцев, или Как вирусы выдают иммунитету сами себя

vladimir057@yandex.ru — 17 сентября, 2015 г. 12:52. (ссылка)

Работы ещё до конца не опубликованы.Однако удалось найти ключевые моменты различных типов воздействий.Естественно нужны рецепторы,но электроника белков-это будущее.Вопросы чрезвычайно сложны и требуют понимания и взаимного учёта самых различных процессов:и катализа, и гетерогенных электронных переходов, и адсорбции,и теории конформационных перестроек , и зонной теории твёрдых и аморфных тел и т.п.Однако это позволяет выделить основное и единственное звено в процессе активации клетки и на вирусы и на гормоны и т.п. и ,возможно, управлять им...Можем списаться и обсудить подробнее,кое-что я могу прислать...

(ответить)

Re: Троянский конь против ахейцев, или Как вирусы выдают иммунитету сами себя

Михаил Потанин — 15 сентября, 2015 г. 13:32. (ссылка) (свернуть ветвь)

Если клетка так реагирует на присутсткие ДНК в цитоплазме, то как же она осуществляет митоз, при котором разрушается мембрана ядра и хромособы оказываются в цитоплазме?
И почему клетка просто не разрушает всю ДНК в цитоплазме рестриктазами?

(ответить)

Re: Re: Троянский конь против ахейцев, или Как вирусы выдают иммунитету сами себя

Ястребова Светлана — 15 сентября, 2015 г. 13:39. (ссылка)

На мой взгляд, всё логично: интерфероны нужно ещё синтезировать, а для этого активировать их гены. А при митозе, пока хромосомы конденсированы, этой активации не происходит.
"И почему клетка просто не разрушает всю ДНК в цитоплазме рестриктазами?" — вы имеете в виду при митозе или вообще?

(ответить)

Яндекс.Метрика

© 2007–2015 «биомолекула.ру»
Электропочта: info@biomolecula.ru
О проекте · RSS · Сослаться на нас

Дизайн и программирование —
Batch2k15.

Сопровождение сайта — НТК «Биотекст».

Условия использования сайта
Об ошибках сообщайте вебмастеру.