Инфекции, вызванные вирусами, такими как респираторно-синцитиальный вирус или РСВ, корь, парагрипп и лихорадка Эбола, обычно считаются острыми. Эти вирусы быстро вызывают заболевание и живут в организме хозяина в течение ограниченного времени. Но в некоторых случаях последствия инфекции и присутствие самого вируса могут сохраняться. RSV, например, может привести к хроническим респираторным заболеваниям, корь может привести к энцефалиту, а вирус Эбола может передаваться пациентами, которые, как считается, излечились от этой болезни.
Новые данные из Университета Пенсильвании предполагают 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, поддерживающий жизнь инфицированных клеток. В исследовании использовался новый метод для изучения присутствия DVG в каждой клетке, чтобы показать, что у клеток, обогащенных DVG, есть стратегии выживания перед лицом атаки иммунной системы.
«Одна из вещей, которая давно известна в этой области, заключается в том, что DVG способствуют развитию персистирующих инфекций в культуре тканей», - сказала Каролина Б. Лопес, доцент кафедры микробиологии и иммунологии в Школе ветеринарной медицины Пенсильвании. «Но вопрос заключался в том, как вы примирите это с тем фактом, что они также обладают сильным иммуностимулирующим действием? Как они могут помочь избавиться от вируса, в то же время способствуя стойкости? Наша работа помогает объяснить этот очевидный парадокс».
Лопес был старшим автором работы, работая вместе с ведущими авторами и сотрудниками лаборатории Цзе Сюй и Ян Суном. 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 в центре внимания лаборатории Лопеса в течение многих лет. Эти частичные вирусные геномы продуцируются в инфицированных клетках, когда вирус начинает быстро реплицироваться, что приводит к дефектным версиям самого себя, содержащим большие делеции. Когда-то считалось, что DVG не имеют какой-либо биологической функции, но все чаще считается, что они являются важными компонентами вирусных инфекций.
В 2013 году Лопес и его коллеги сообщили, что DVG играют решающую роль в стимуляции иммунного ответа на респираторные вирусы у мышей; когда DVG были истощены от вируса, у мышей были более тяжелые инфекции. В 2015 году они сообщили, что DVG также имеют решающее значение для стимуляции иммунного ответа на человеческий вирус RSV, а также впервые продемонстрировали, что присутствие DVG в образцах дыхательных путей человека от инфицированных пациентов коррелирует с усилением противовирусного иммунного ответа.
В текущей работе команда Лопеса использовала сложную технику, которая позволила им дифференцировать полноразмерные геномы от частичных геномов DVG на уровне одной клетки. Они изучали клетки в культуре, зараженные вирусом Сендай или РСВ, вирусом, который часто поражает младенцев и может привести к хроническим респираторным заболеваниям, Пометив полноразмерные геномы красным цветом, а частичные DVG - зеленым, исследователи обнаружили различия от клетки к клетке. Некоторые клетки почти не имели DVG, в то время как другие были сильно обогащены DVG с небольшим количеством полноразмерных геномов.
«Мы наблюдали это во многих различных клеточных линиях и даже в инфицированных легких мышей», - сказал Лопес. «Раньше мы не понимали, что в том, что происходит с этими DVG, много разнородности».
Чтобы глубже понять, как DVG влияли на течение инфекции, исследователи инфицировали клетки либо версией вируса Сендай, в которой отсутствовали DVG, либо версией, обогащенной DVG. Клетки, инфицированные вирусом с высоким содержанием DVG, выживали более чем в два раза дольше, чем инфицированные вирусом без DVG. Добавление очищенных DVG увеличило время выживания клеток, что указывает на непосредственную роль DVG в обеспечении выживания клеток.
Результаты параллельных экспериментов с RSV были схожими, что позволяет предположить, что роль DVG, способствующая выживанию, сохраняется для всех типов вирусов.
Затем исследователям было любопытно узнать, какие молекулярные пути могут позволить клеткам, богатым DVG, избежать апоптоза. Анализ генов с высокой экспрессией в клетках, обогащенных DVG, по сравнению с клетками с полноразмерными вирусными геномами показал, что в клетках, богатых DVG, активировано множество генов, способствующих выживанию. Примечательно, что эти гены кодируют сигнальные белки пути TNF, которые, как известно, повышают иммунитет и выживаемость клеток, а также IFN, который, как известно, играет роль в противовирусном иммунитете.
Заключительная серия экспериментов выяснила механизм, с помощью которого подмножество клеток, обогащенных DVG, 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 вызывается TNF?.
«Мы обнаружили двойную роль TNF во время этих инфекций», - сказал Лопес. «Если TNF связывается с клеткой, у которой нет задействованного пути MAVS, но которая инфицирована, клетка погибает, но если клетка действительно использует этот путь, то она защищена. MAVS задействуется во время противовирусного ответа и только клетки, которые имеют много DVG, активируют этот путь. Эти данные показывают, что наши клетки запрограммированы на выживание, если они участвуют в противовирусном ответе, что объясняет парадоксальные функции DVG. Похоже, что для того, чтобы сохраниться, вирус принимает преимущества этих путей хозяина, которые способствуют выживанию клеток, работающих над устранением вируса».
Результаты, хотя и ограниченные исследованиями in vitro в текущем отчете, указывают на то, что DVG могут способствовать сохранению «острых» вирусных инфекций.
Лопес надеется использовать эти результаты, чтобы убедиться, что они верны в естественных условиях. Ей также любопытно узнать больше о двойной роли TNF, что может помочь объяснить, почему использование терапии, нацеленной на TNF, не всегда приводило к ожидаемым результатам.
«Я хочу посмотреть, есть ли способ использовать этот путь, чтобы свести к минимуму и избежать персистенции этих вирусов, что действительно важно, если мы думаем о хронических заболеваниях, связанных с некоторыми из этих респираторных вирусов», - Лопес. сказал.
Кроме того, она хотела бы изучить, насколько обобщающим является этот путь, и может ли он, возможно, помочь объяснить проблемы с вирусной персистенцией, наблюдаемые при таких инфекциях, вызванных вирусами Эбола и Зика.
Поддержку исследованию оказали Национальные институты здравоохранения (гранты AI083284 и AI127832) и Программа стипендий Американской ассоциации иммунологов.