После того как вирус простого герпеса заражает человека, он прячется внутри нервных клеток, зимует там на всю жизнь, периодически просыпаясь ото сна, чтобы повторно заразить инфекцию, вызывая рецидивы герпеса или поражений половых органов.
Как именно вирусу, укрывающему более двух третей населения мира, удается установить эти тихие инфекции только для того, чтобы время от времени выходить из укрытия?
Этот вопрос не дает покоя вирусологам на протяжении десятилетий. Теперь исследование Гарвардской медицинской школы, опубликованное 6 февраля в журнале mBio, показывает, что вирус использует для этого белок-хозяин, называемый CTCF, или клеточный фактор связывания CCCTC..
В серии экспериментов, проведенных на мышах, исследователи обнаружили, что CTCF помогает вирусу простого герпеса регулировать свой собственный цикл сна и бодрствования, позволяя вирусу устанавливать латентные инфекции в сенсорных нейронах организма, где он остается бездействующим до реактивации. Исследование показало, что предотвращение связывания этого регулирующего латентность белка с ДНК вируса ослабляет способность вируса выходить из укрытия..
Способность вируса простого герпеса скрываться и выходить из укрытия является ключевой стратегией выживания, которая обеспечивает его распространение от одного хозяина к другому. Такая бессимптомная латентность позволяет вирусу оставаться вне досягаемости иммунной системы большую часть времени, а его периодическая реактивация гарантирует, что он может продолжать распространяться от одного человека к другому.
Наши результаты проливают свет на одно из наиболее сбивающих с толку свойств вируса простого герпеса - его способность переходить от скрытой к активной инфекции, состояние так называемой уравновешенной латентности, которое позволяет ему вести себя тихо, но оставаться в режиме ожидания», - сказал старший исследователь Дэвид Найп, профессор микробиологии и молекулярной генетики Хиггинса и временный сопредседатель кафедры микробиологии и иммунобиологии.
Предыдущее исследование, проведенное Найпом и его коллегами, показало, что цикл сон-бодрствование вируса регулируется качающимся взаимодействием между двумя наборами генов. С одной стороны, так называемые гены транскриптов, ассоциированные с латентностью, или гены LAT, выключают транскрипцию вирусной РНК, вызывая переход вируса в спячку или латентность. С другой стороны, белок, вырабатываемый геном ICP0, способствует активности генов, которые стимулируют репликацию вируса и вызывают активную инфекцию. Прошлые исследования показали, что иногда ген LAT и ген ICP0 действуют противоположно друг другу, заставляя вирус чередоваться между спящим и активным состояниями, но иногда они действуют согласованно, способствуя либо латентному состоянию, либо реактивации. Гены также являются соседями, занимая перекрывающиеся участки вирусного генома.
Основываясь на этих более ранних выводах, новое исследование показывает, что это уравновешивающее действие обеспечивается белком CTCF, когда он связывается с вирусной ДНК. Присутствующий во время латентных или скрытых инфекций, CTCF теряется во время активных, симптоматических инфекций.
Чтобы проверить свою гипотезу о том, что CTCF является ключевым регулятором вирусного цикла сна-бодрствования, исследователи сосредоточились на так называемых сайтах связывания, участках ДНК вируса, где белок CTCF фиксируется, чтобы включить инфекцию. заглушая гены LAT, при этом сдерживая гены, пробуждающие вирус.
Исследователи создали измененную версию вируса, в которой отсутствовали два сайта связывания CTCF. Исследователи заметили, что отсутствие участков связывания не имело значения для ранних стадий или острых инфекций. В лабораторной посуде клетки человека, инфицированные мутантной формой вируса, показали аналогичные уровни репликации вируса с клетками, инфицированными интактным вирусом. Та же картина возникла, когда вирус был введен мышам. Животные, зараженные нормальной и мутантной формами вируса, имели сходную вирусную нагрузку на ранних стадиях инфекции.
Когда исследователи изучили поведение вируса в клетках, полученных из скоплений нервных клеток, известных как ганглии тройничного нерва, они обнаружили ту же картину. Во время латентной инфекции уровни вируса в нервных клетках мышей, инфицированных обеими формами вируса, были одинаковыми. Однако когда вирус реактивировался, обнаружилась поразительная разница. Почти 80 процентов клеток нервных ганглиев, полученных от мышей, зараженных обычным вирусом простого герпеса, и выращенных в лабораторных чашках, производили вирусные копии. Напротив, только 53 процента нервных клеток мышей, инфицированных мутантной формой вируса, лишенной сайтов связывания CTCF, продуцировали обнаруживаемый вирус. Исследователи пришли к выводу, что мутантный вирус значительно ослабил способность к реактивации.
Эксперименты, взятые вместе, показывают, что удаление сайтов связывания CTCF ослабляет способность вируса просыпаться из спящего состояния, что свидетельствует о том, что белок CTCF является ключевым регулятором цикла сна-бодрствования при инфекциях, вызванных простым герпесом.
Работа выполнена при поддержке Национального института здоровья (грант P01 AI098681).
Соисследователями были Прия Раджа, Джин Песола и Дональд Коэн, все из Гарвардской медицинской школы, а также Дженнифер С. Ли и Донгли Пан, ранее работавшие в этой школе.