Исследователи из Чикагского университета разработали инструмент генетического скрининга, который определил два ключевых фактора, позволяющих вирусу гриппа инфицировать клетки легких человека. В этом методе используются новые инструменты редактирования генов для создания библиотеки модифицированных клеток, в каждой из которых отсутствует отдельный ген, что позволяет ученым увидеть, какие изменения влияют на их реакцию на грипп. Это, в свою очередь, может выявить потенциальные мишени для противовирусных препаратов.
«Наши текущие методы лечения гриппа ограничены. Вакцины имеют разную эффективность, а вирус имеет склонность мутировать, поэтому противовирусные препараты не работают», - сказала Джулианна Хан, аспирант кафедры микробиологии Калифорнийского университета в Чикаго. и ведущий автор исследования, опубликованного 10 апреля 2018 года в Cell Reports. «Следующая волна противовирусных препаратов будет частично направлена на хозяина, поэтому наша работа помогает нам лучше понять, какие белки и пути используются вирусом гриппа».
Хан и Баладжи Маникассами, доктор философии, доцент кафедры микробиологии Калифорнийского университета в Чикаго и старший автор исследования, использовали инструменты редактирования генов CRISPR/Cas9, которые позволяют ученым выборочно отключать или отключать определенные гены. Они создали библиотеку модифицированных эпителиальных клеток легких человека, клеток, которые выстилают дыхательные пути и первыми заражаются вирусом гриппа. В каждой клетке отсутствовал отдельный ген, создавая почти 19 000 различных генетических вариаций клетки.
Затем исследователи подвергли клетки воздействию штамма гриппа H5N1, типа вируса гриппа А, широко известного как птичий грипп. Если вирус смог заразить и убить одну из клеток-хозяев, это означает, что ген и продуцируемые им белки не играли роли в способности вируса к репликации. Если клетка выжила, это означает, что ее модифицированный геном каким-то образом сделал ее устойчивой к вирусу - теперь у нее отсутствовал путь, по которому вирус мог размножаться и выполнять свою грязную работу.
После пяти циклов воздействия на клетки вируса H5N1 у Хана и Маникассами остался набор клеток, довольно устойчивых к гриппу. Когда они изучили, что общего у этих выносливых выживших, то выделились два гена. Один, SLC35A1, кодирует белок, который помогает создать рецептор гриппа на поверхности клетки. В этом есть смысл - если вы отключите SLC35A1, вирусу не за что зацепиться и заразить хост.
Второй ген, CIC, более интригующий. Это негативный регулятор врожденной иммунной системы, что означает, что он помогает отключить иммунный ответ клетки по умолчанию на чужеродные захватчики. Когда CIC отключен, другие гены, которые вызывают противовирусные и воспалительные реакции, могут активироваться и бороться с вирусом, поэтому тестовые клетки, в которых он отсутствовал, были устойчивы к гриппу.
Но вы не можете просто навсегда отключить такой ген, как CIC, как средство борьбы с гриппом. Организму нужны механизмы, чтобы отключить иммунную систему после исчезновения инфекции. В противном случае он может выйти из-под контроля и повредить собственные клетки организма, что и происходит при аутоиммунных заболеваниях. С другой стороны, некоторые виды рака могут использовать негативный регулятор, такой как CIC, для подавления иммунных реакций, в то время как опухолевые клетки разрастаются.
«Отключив CIC, мы теперь допускаем экспрессию противовирусных генов, которые способны реагировать на инфекцию гриппа», - сказал Маникассами.«Но он также, вероятно, регулирует экспрессию воспалительных генов при аутоиммунитете и некоторых видах рака. Это новый поворот, который может быть широко применим к другим заболеваниям, помимо гриппа».
Как только они определили два ключевых гена, участвующих в ответной реакции H5N1, Хан и Маникассами подвергли клетки воздействию других патогенов, чтобы выявить какие-либо общие черты. CIC также был важен для всех штаммов гриппа и некоторых РНК-вирусов или вирусов, содержащих РНК-геномы. К ним относятся респираторные и нереспираторные вирусы, что подчеркивает широкий эффект CIC.
Новый процесс генетического скрининга может быть использован для поиска других генов-хозяев, имеющих отношение к различным вирусам, поражающим эпителиальные клетки легких. Затем исследователи могли бы поискать любые доступные в настоящее время препараты, воздействующие на эти пути, и посмотреть, можно ли их использовать в качестве противовирусных препаратов.
В конечном счете, Хан работает над тем, чтобы точно понять, как CIC регулирует другие антивирусные и воспалительные гены. Как хост включает или выключает CIC? И что происходит, когда он выходит из строя?
«Это происходит либо из-за мутаций в самом CIC, либо из-за неправильной регуляции», - сказала она. «Если мы сможем уточнить, в чем дело, мы сможем попытаться выяснить, как CIC неправильно регулируется при раке и аутоиммунных заболеваниях».