Инфекции, вызываемые вирусами, такими как респираторно-синцитиальный вирус или RSV, корь, парагрипп и лихорадка Эбола, обычно считаются острыми. Эти вирусы быстро вызывают заболевание и ограниченное время живут внутри хозяина. Но в некоторых случаях последствия инфекции и присутствие самого вируса могут сохраняться. RSV, например, может привести к хроническим респираторным проблемам, корь может привести к энцефалиту, а вирус Эбола может передаваться пациентами, которые считаются излеченными от болезни.
Новые результаты Пенсильванского университета предлагают механизм, который может объяснить, как вирусы могут задерживаться. Исследователи обнаружили, что продукты вирусной инфекции, называемые дефектными вирусными геномами, сокращенно DVG, которые, как известно, участвуют в запуске иммунного ответа, также могут запускать молекулярный путь, который поддерживает жизнь инфицированных клеток. В исследовании использовался новый метод изучения присутствия ДВГ на клеточной основе, чтобы показать, что клетки, обогащенные ДВГ, обладают стратегиями выживания перед лицом атаки иммунной системы.
"Одна из вещей, которые в этой области известны давно, – это то, что DVG способствуют стойким инфекциям в культуре тканей," сказала Каролина Б. Лопес, доцент микробиологии и иммунологии Школы ветеринарной медицины Пенсильвании. "Но вопрос был в том, как это совместить с тем фактом, что они также обладают сильным иммуностимулирующим действием? Как они могут помочь избавиться от вирусов, одновременно способствуя устойчивости? Наша работа помогает объяснить этот очевидный парадокс."
Лопес был старшим автором работы в команде с соавторами и сотрудниками лаборатории Цзе Сюй и Янь Сунь. Среди соавторов были Гордон Рутел и Дэниел Бейтинг из Penn Vet, Йизе Ли и Сьюзан Р. Вайс из Медицинской школы Перельмана Пенна и Арджун Радж из Школы инженерии и прикладных наук. Их исследование было опубликовано в Nature Communications.
DVG были основным направлением деятельности лаборатории Лопеса в течение многих лет. Эти частичные вирусные геномы образуются в инфицированных клетках, когда вирус начинает быстро реплицироваться, что приводит к появлению дефектных версий самого себя, содержащих большие делеции. Когда-то считалось, что не имеют какой-либо биологической функции, DVG все чаще считаются важными компонентами вирусных инфекций.
В 2013 году Лопес и его коллеги сообщили, что DVG имеют решающее значение для стимуляции иммунного ответа на респираторные вирусы у мышей; когда ДВГ были истощены из-за вируса, у мышей были более тяжелые инфекции. В 2015 году они сообщили, что DVG также имеют решающее значение для стимуляции иммунного ответа на вирус RSV человека, также впервые продемонстрировав, что присутствие DVG в образцах дыхательных путей человека от инфицированных пациентов коррелирует с усилением противовирусных иммунных ответов.
В текущей работе команда Лопеса использовала сложную технику, которая позволила им дифференцировать полноразмерные геномы от частичных геномов DVG на уровне одной клетки. Они изучили клетки в культуре, инфицированные вирусом Сендай или RSV, вирусом, который часто поражает младенцев и может привести к хроническим респираторным проблемам,
Обозначив полноразмерные геномы красным, а частичные DVG – зеленым, исследователи обнаружили различия от клетки к клетке. Некоторые клетки практически не имели ДВГ, в то время как другие были сильно обогащены ДВГ, имея лишь небольшое количество полноразмерных геномов.
"Мы видели это во многих различных клеточных линиях и даже в инфицированных легких у мышей," Лопес сказал. "Раньше мы не осознавали, что в том, что происходит с этими DVG, существует много неоднородностей."
Чтобы глубже понять, как DVG влияет на течение инфекции, исследователи заразили клетки либо версией вируса Сендай, в которой отсутствовали DVG, либо версией, обогащенной DVG. Клетки, инфицированные вирусом с высоким содержанием ДВГ, выживали более чем в два раза дольше, чем клетки, инфицированные вирусом без ДВГ. Добавление очищенных DVG увеличивало время выживания клеток, указывая на прямую роль DVG в повышении выживаемости клеток.
Результаты были аналогичными в параллельных экспериментах с RSV, что позволяет предположить, что роль DVG в обеспечении выживания сохраняется для всех типов вирусов.
Затем исследователям было любопытно узнать, какие молекулярные пути могут позволить богатым DVG клеткам избежать апоптоза. Анализ высокоэкспрессируемых генов в клетках, обогащенных DVG, по сравнению с клетками с полноразмерными вирусными геномами, показал, что в клетках, богатых DVG, был активирован ряд генов, способствующих выживанию. Примечательно, что эти гены кодируют сигнальные белки пути TNF, которые, как известно, повышают иммунитет и выживаемость клеток, и IFN, который, как известно, играет роль в противовирусном иммунитете.
Последняя серия экспериментов прояснила механизм, с помощью которого субнабор DVG-обогащенных клеток сохраняется во время вирусной инфекции. Лопес и его коллеги обнаружили, что передача сигналов через белки MAVS и рецептор TNF 2 защищает инфицированные клетки от апоптоза, который в противном случае запускается TNFα.
"Мы обнаружили двойную роль TNF во время этих инфекций," Лопес сказал. "Если TNF связывается с клеткой, в которой не задействован путь MAVS, но которая инфицирована, клетка погибает, но, если в клетке задействован этот путь, она защищена. MAVS задействован во время противовирусного ответа, и только клетки с большим количеством DVG активируют этот путь. Эти данные показывают, что наши клетки настроены на выживание, если они участвуют в противовирусном ответе, что объясняет парадоксальные функции DVG. Похоже, что для того, чтобы выжить, вирус использует преимущества этих путей хозяина, которые существуют для обеспечения выживания клеток, работающих над уничтожением вируса."
Результаты, хотя и ограниченные исследованиями in vitro в текущем отчете, указывают на то, как DVG могут позволить "острый" вирусные инфекции, чтобы задержаться.
Лопес надеется развить эти выводы, чтобы убедиться, что они верны in vivo. Ей также любопытно узнать больше о двойной роли TNF, что может помочь объяснить, почему использование терапии, нацеленной на TNF, не всегда оказывалось таким, как ожидалось.
"Я хочу посмотреть, есть ли способ использовать этот путь, чтобы свести к минимуму и избежать персистенции этих вирусов, что действительно актуально, если мы думаем о хронических заболеваниях, связанных с некоторыми из этих респираторных вирусов," Лопес сказал.
Кроме того, она хотела бы изучить, насколько универсален этот путь и может ли он, возможно, помочь объяснить проблемы с персистентностью вируса, наблюдаемые при таких инфекциях, связанных с вирусами Эбола и Зика.