«Вірус грипу обманює клітку, блокуючи оборонну відповідь на інфекцію»

Навчання 02 серпня 2022 Перегляди: 55

Ріс. 1. Вірус грипу проникає в організм через реснички дихальних шляхів. Зображення з сайту www.nationalgeographic.com

Описано новий механізм, за допомогою якого вірус грипу пригнічує захисну реакцію зараженої клітини. Білок одного з штамів вірусу імітує гістон — білок клітинного ядра, — зв’язуючись замість гістона з комплексом ферментів, що включає противірусні гени. У результаті клітина позбавляється здатності оборонної відповіді на інфекцію.

Проникаючи в клітку, вірус зазвичай здійснює піратське захоплення клітинних ресурсів і пристосовує її генетичні механізми для власних потреб. У роботі, опублікованій нещодавно в журналі Nature, описано новий механізм, за допомогою якого вірус грипу А H3N2 втручається в епігенетичну регуляцію роботи генів. Епігенетичні регуляторні механізми — механізми, не пов’язані зі змінами послідовності нуклеотидів ДНК, але впливають на роботу генів, — в останні роки стали «гарячою областю» досліджень.

ДНК людини дуже довга. У нормальній клітці три метри ДНК розподілені в 46 хромосомах, тобто в «середній» хромосомі міститься кілька сантиметрів ДНК. Щоб ця довга нитка не заплуталася, існує ще не до кінця зрозумілий механізм її щільної упаковки. Провідну роль в упаковці ДНК відіграють білки клітинного ядра — гістони. Гістони також беруть участь у регуляції роботи генів — транскрипції (синтезі мРНК), в синтезі ДНК при розмноженні клітин, в усуненні пошкоджень ДНК. Чотири головні гістони (H2A, H2B, H3, H4) формують структуру, яку можна порівняти з котушкою для намотування нитки ДНК. Якщо ДНК запакована дуже щільно, закодовані в ній гени «мовчать», тому що до них не можуть приєднатися необхідні для експресії ферменти. Тому для активації генів упаковка повинна бути ослаблена. Основна частина молекули гістона згорнута в компактну структуру, з якої стирчить неструктурований кінець ланцюга білка. Модифікації амінокислотних залишків цього кінця, зокрема метилювання (приєднання метильної групи — СН₃), впливають на взаємодію гістона з ДНК. Вони можуть призвести до локального «розкриття» інертної компактної упаковки ДНК і активізувати роботу генів.

У геномі вірусу грипу закодовано білок NS1, який не включається до складу найбільш вірусної частинки. Про NS1 вже було відомо, що він накопичується в ядрі зараженої клітини і пригнічує клітинну відповідь на зараження, блокуючи продукцію інтерферонів, порушуючи формування мРНК і її вихід з ядра. Аналіз послідовності амінокислот, проведений авторами даної роботи, виявив на кінці NS1 вірусу грипу А H3N2 послідовність, дуже схожу з такою на кінці молекули гістона H3. Експерименти показали, що ця схожість має і функціональні наслідки: залишок амінокислоти лізину 229 на кінці NS1 виявився підходящим субстратом для ферментів, що приєднують метильну групу до лізину на кінці гістона H3 як in vitro, так і в зараженій клітці. Якщо ж у ген NS1 вводили мутацію — замінювали цей лізин на аргінін, — метилування не спостерігалося. Таким чином, NS1 конкурує з гістоном H3 за можливість бути метильованим і перешкоджає включенню генів, пов’язаних з розкриттям ДНК метильованим H3 (див. рис. 2).

Ріс. 2. a. У нормі неструктурований кінець гістона H3, що містить амінокислотну послідовність (ARTK), може бути метильований (синій гурток) по лізину (K) за допомогою ферменту Set1. Set1 включається комплексом ферментів hPAF1C, який також сприяє роботі РНК-полімерази, а значить, транскрипції генів. Метилювання гістона H3 активує транскрипцію.b

. Білок NS1 вірусу грипу А H3N2 має амінокислотну послідовність (ARSK), схожу з послідовністю гістона H3. За допомогою цієї послідовності NS1 зв’язується з комплексом hPAF1C і перемикає Set1-метиліювання з гістона H3 на себе. Транскрипція не активується. Зображення з обговорюваної статті Krasnoselsky & Katze у Nature

У роботі вперше було показано, що гістон H3 зв’язується з клітинним комплексом ферментів hPAF1C, який сприяє роботі РНК-полімерази, що здійснює транскрипцію — синтез мРНК. Виявилося що і тут NS1 конкурує з гістоном. І це також мало функціональні наслідки.

Для того щоб визначити, як вірус впливає на роботу генів у зараженій клітці, автори застосували дуже потужний метод GRO-seq (global run-on sequencing) — «глобальне секвенування прочитування». Для аналізу «прочитування» синтезуються в даний момент мРНК мітили BrUTP — аналогом нормального субстрату РНК-полімерази УТФ (уридинтрифосфату). Цю BrU-що містить мРНК дробили на короткі фрагменти (приблизно по 100 нуклеотидів) і очищали за допомогою антитіл до BrU. Отримані препарати досліджували за допомогою нових методів широкомасштабного «глобального» визначення нуклеотидних послідовностей, багаторазово аналізуючи ці короткі фрагменти. Потім за допомогою комп’ютерного аналізу знаходили гени, з яких вони прочитані, і оцінювали частоту їх прочитання. Таким чином, метод дозволяє не тільки ідентифікувати працюючі в даний момент гени, але і кількісно визначити рівень їх активності.

Виявилося, що зв’язування hPAF1C з NS1 при зараженні клітин вірусом H3N2 дикого типу сильно пригнічувало транскрипцію (синтез мРНК) ряду противірусних генів. Водночас транскрипція генів, не пов’язаних із захисною реакцією, не змінювалася. Якщо ж клітини заражали вірусом грипу з мутантним білком NS1, позбавленим здатності зв’язуватися з hPAF1C, включення противірусних генів відбувалося нормально.

Таким чином, вірус грипу А H3N2 пригнічує імунну відповідь зараженої клітини, використовуючи раніше невідомий епігенетичний механізм. Це ще раз показує, наскільки віруси винахідливі в подоланні захисних бар’єрів організму. Виникають питання: якою мірою цей епігенетичний механізм унікальний? Як він може вплинути на інфекційність вірус грипу, на тяжкість захворювання? H3N2 не належить до найагресивніших вірусів. Можливо, в процесі еволюції він виробив цей механізм посилення своєї активності порівняно недавно. NS1 інших відомих варіантів вірусу грипу також мають неструктурований кінець ланцюга білкової молекули, але в них немає гістоноподібних послідовностей. Неможливо передбачити, що буде, якщо така послідовність з’явиться в NS1 налякаючого людство агресивного «пташиного» вірусу H5N1. Не доводиться сумніватися, віруси виробили й інші, поки невідомі механізми атаки на клітку. З точки зору медичної практики, отримані результати можуть бути використані при розробці нових засобів проти грипу.

Джерела:

1) Ivan Marazzi, Jessica S. Y. Ho, Jaehoon Kim, Balaji Manicassamy, Scott Dewell, Randy A. Albrecht, Chris W. Seibert, Uwe Schaefer, Kate L. Jeffrey, Rab K. Prinjha, Kevin Lee, Adolfo García-Sastre, Robert G. Roeder, Alexander Tarakhovsky. Suppression of the antiviral response by an influenza histone mimic // Nature. 2012. V. 483. Pp. 428–433.

2) Alexei L. Krasnoselsky, Michael G. Katze. Virology: Influenza’s tale of tails // Nature. 2012. V. 483. Pp. 416–417.

В’ячеслав Калінін