Троянський кінь проти ахейців, або Як віруси видають імунітету самі себе

Віруси схожі на ідеальна зброя: смертоносні, непомітні, мінливі, але в той же час просто влаштовані. Знайти вади їх захисту не так-то легко. Їх набагато складніше знешкодити, ніж бактерії, проти яких розробили безліч ліків. І все-таки ахіллесова п'ята у вірусів є. Більш того, вони самі видають її клітинам, що забезпечує вроджений імунітет для ссавців. Це вторинний посередник циклічний гуанозинмонофосфат-аденозинмонофосфат (cGAMP), який «переїжджає» разом зі своїми невдалими господарями в кожну заново заражену клітку.

Високий рівень читач научпопа в курсі, що більшість таблеток проти вірусів або вже застаріло, або скоро застаріє [1] . (Є, звичайно, базові процеси, які вірусам в своєму життєвому циклі ніяк не оминути, і можна використовувати ліки проти них. Правда, як показує практика, це теж тимчасовий захід [2] .) Такий читач знає і те, що імуномодулятори , Реклами яких навесні і восени більше, ніж калюж, таять в собі не реально діюча речовина, а чистої води шарлатанство. Добре, а все-таки чому тоді людина не вмирає при першій в його житті епідемії грипу?

Звичайно, імунітет людини, та й усіх інших ссавців, має свої засоби для боротьби з вірусами, здібні й помітити, і знешкодити небезпечні частинки. Існування вірусів так само залежить від синтезу білків, як і життя клітинних організмів. Щоб синтезувати білок, потрібна РНК-матриця , А для її появи, в свою чергу, потрібно молекула ДНК. ДНК в заражених клітинах утворюють навіть ті віруси, у яких вже є необхідна для трансляції інформаційна РНК ( ретровіруси , Найвідоміший з яких - ВІЛ ). На ДНК-то вірус і попадається. Його гени знаходяться в цитоплазмі клітини-жертви. А ось її «рідні» гени надійно упаковані - частина в ядрі, частина в мітохондріях. У відповідь на присутність незваної двухцепочечной ДНК в цитоплазмі активується cGAS - синтаза 2'-3 'циклічного ГМФ-АМФ. Утворені тандемні молекули, звані cGAMP (Рис. 1), служать вторинними посередниками і передають сигнал про присутність чужорідної ДНК стимулятору генів інтерферонів - STING . Гени активуються, інтерферони утворюються і перекидаються на боротьбу з вірусом *.

Малюнок 1. Молекула cGAMP і її функція. а - Структурна формула; б - Просторова структура; в - Молекулярний шлях cGAS-cGAMP-STING. Служить для реєстрації двухцепочечной ДНК в цитоплазмі клітин ссавців. У нормі її там бути не повинно. Малюнок з « Вікіпедії ».

Малюнок 2. Результати експерименту по зараженню частками HIV-1-GFP клітин лінії HEK293 з репортерного системою. Промотор гена інтерферону-β (IFNβ) активується в клітинах HEK293, які отримали вірусні частинки з клітин-продуцентів (293T) з внесеним геном мишачого ферменту cGAS дикого типу (m-cGAS). Частинки з клітин з каталітично неактивних ферментом cGAS (m-cGAS-AA) і взагалі без нього (w / o cGAS) НЕ індукують синтез репортерного білка (відповідно, за рамками репортерного системи - інтерферону). малюнок з [4] .

Чи завжди клітини реагують на вірус однаково - незалежно від того, чи є у них інфіковані сусідки? Теоретично це може бути правдою, але ми-то знаємо, що в біології словá «завжди», «ніколи» і їм подібні краще не застосовувати. Так само вирішили і автори роботи, опублікованої в Science [4] . Вони сконструювали гібридні вірусні частинки, у яких гени були від ВІЛ-1, а глікопротеїни оболонки - від вірусу везикулярного стоматиту ( VSV-G ). В відкриту рамку зчитування вірусного гена env вставили ген зеленого флуоресцентного білка (GFP). Через це нові вірусні частки не могли зібратися (адже була порушена структура гена білка оболонки), зате при кожній спробі збірки експресували GFP, за інтенсивністю флуоресценції якого можна було визначати кількість і розташування вірусів.

Отриманими вірусними частками (HIV-1-GFP) заразили клітини лінії 293T . cGAS в них немає, а значить, ні про яке імунній відповіді на ДНК вірусу не могло бути й мови. Тому в частину клітин поряд з HIV-1-GFP ввели вектори, що дозволяють синтезувати цей фермент. Тільки деяким клітинам «подарували» ген cGAS дикого типу, в інших випадках він був видозмінений так, щоб його продукт не міг каталізувати утворення cGAMP. Потім з цих клітин виділили вірусні частки і заразили ними клітини HEK293, які синтезують STING і інтерферон у відповідь на присутність cGAMP (у всіх подальших експериментах використовували клітини тих же ліній в такому ж порядку). Тут-то і настав час флуоресценції. У тих клітинах, яким дісталися віруси з 293T з внесеним геном cGAS дикого типу, флуоресценція була найбільш сильною (рис. 2). У клітинах HEK293, яким дісталися віруси з 293T з мутантної cGAS, флуоресценції і активації STING помічено не було.

Якщо судити лише за цими даними, нічого нового ми поки не дізналися. За ним видно тільки, що для вироблення інтерферону-β потрібна працююча cGAS. Але це було відомо і раніше: фермент запускає весь каскад реакцій, куди ж без нього? Тому експерименти продовжилися. Тепер в клітини 293T вводили то підроблені вірусні частинки (звичайно, разом з геном cGAS), то клітинні везикули, виділені разом з вірусами від попередніх експериментів, то окремі вірусні білки, наприклад, p24 і VSV-G. У перших двох випадках, незважаючи на наявність cGAS і чужорідних елементів в цитоплазмі, «заражені» клітини не виробляли скільки-небудь помітного кількості інтерферону-β. Зате компоненти вірусів давали явний імунну відповідь, яка є ДНК, тобто прямий мішенню cGAS.

Тепер розгадка була близько, а саме десь в вирионе. Це повинна бути якась молекула, яка бере участь в сигнальному шляху cGAS-cGAMP-STING і при цьому знаходиться всередині вірусної частинки. Наступний після cGAS кандидат - cGAMP. Щоб перевірити наявність цієї речовини у вірусах, дослідники, по-перше, позначили cGAMP в клітинах 293T біотин , А по-друге, методом мас-спектрометрії визначили зміст цієї молекули в частинках HIV-1-GFP, виділених з клітин 293T. І треба сказати, що вона там виявилася. Крім того, вірусні частинки з 293T, чий cGAMP був нейтралізований зміїної фосфодіестеразою 1 , Що не запускали вироблення інтерферонів в нових господарів.

Дивно виходить: вірусна частка якимось чином захоплює з собою в кожну нову клітку свого «зрадника» - молекулу, яка б'є внутрішньоклітинну тривогу! До речі, і міжклітинну теж. Віруси, яких в іншому дослідженні пересаджували в дендритні клітини , Теж містили cGAMP і викликали потужну відповідь з боку вродженого імунітету. Ця відповідь захищав від зараження ще не інфіковані клітини [5] .

Чому Сигналінг cGAMP так довго «залишався в тіні»? Автори роботи припускають, що справа в об'єкті вивчення. Найчастіше освіту вірусів досліджують на лінії 293T, в клітинах якої cGAS відсутня. Це дозволяє вірусам безперешкодно розмножуватися, але виключає ймовірність виявлення перенесення cGAMP від ​​клітини до клітини.

Треба відзначити, що інтерес до сигналів, мимоволі передаються вірусами, аж ніяк не тільки теоретичний. Потенційно cGAMP таїть в собі багато застосувань. Наприклад, він може стати реальним иммуномодулятором: великі кількості цієї молекули активують максимальне число дендритних клітин, а значить, імунна відповідь організму буде потужнішим, ніж зазвичай. До того ж, cGAMP реально ввести до складу якої-небудь противірусної вакцини [6] поряд з антигенами потрібного вірусу і тим самим підвищити активність дендритних клітин. Нарешті, за допомогою cGAMP можна посилити дію онколітичних вірусів, за допомогою яких, як ясно з їх назви, борються зі злоякісними пухлинами.

1. Пігулка від грипу: сучасні противірусні засоби ;
2. «Милиця» для нейрамінідази ;
3. Ідентифіковано білки, «злипаються» при хворобі Гентінгтона ;
4. Bridgeman A., Maelfait J., Davenne T., Partridge T., Peng Y., Mayer A. et al. (2015). Viruses transfer the antiviral second messenger cGAMP between cells . Science. 349, 1228-1232;
5. Gentili M., Kowal J., Tkach M., Satoh T., Lahaye X., Conrad C. et al. (2015). Transmission of innate immune signaling by packaging of cGAMP in viral particles . Science. 349, 1232-1236;
6. Віруси-платформи: отрута на благо .