Ученые впервые составили карту взаимодействия вируса гриппа с клеткой человека
Исследователи из EMBL Hamburg и Лейбницевского института молекулярной фармакологии (FMP) впервые с беспрецедентной детализацией описали, как вирус гриппа A перепрограммирует зараженные клетки человека. Для этого ученые применили специально адаптированный метод сшивающей масс-спектрометрии (XL-MS), который позволяет наблюдать за взаимодействием белков прямо внутри интактных зараженных клеток. Данную информацию сообщает портал Phys.org.
Ежегодно сезонный грипп уносит до 650 000 жизней по всему миру, а 3–5 миллионов человек переносят тяжелую форму заболевания. Вирус гриппа A, в частности, был причиной нескольких пандемий, включая испанку 1918 года. Попадая в клетку, вирус высвобождает свою РНК, которая содержит инструкции для синтеза нескольких вирусных белков. Эти белки распространяются по клетке и перенаправляют ее молекулярные механизмы на производство новых вирусных частиц.
Понимание этого процесса критически важно для разработки более эффективных лекарств и вакцин. Ранее ученым приходилось разрушать клетку, чтобы изучить взаимодействия белков, что приводило к потере контекста и ложным результатам. Новая методика XL-MS, разработанная в сотрудничестве с группой Бориса Богданова и Фань Лю из FMP в Берлине, позволяет фиксировать даже кратковременные и специфичные для определенных участков клетки контакты.
Комбинируя данные XL-MS с компьютерным структурным моделированием на основе модифицированной версии AlphaFold (алгоритма, удостоенного Нобелевской премии), исследователи не только определили, какие вирусные и человеческие белки взаимодействуют, но и предсказали, как они физически стыкуются друг с другом. «Ключевое преимущество модифицированного AlphaFold в том, что мы можем напрямую вводить экспериментальные данные сшивки в модель, что особенно полезно для комплексов вирус-хозяин, которые сложно предсказать надежно», — объясняет Ян Косински, руководитель группы в EMBL Hamburg.
Результаты, опубликованные в журнале Nature Microbiology, выявили два ключевых механизма, с помощью которых вирус захватывает клетку. Первый связан с гемагглютинином — поверхностным белком вируса, который он использует для прикрепления и проникновения в клетку. Ученые проследили, как гемагглютинин перемещается по внутренней транспортной системе клетки, и обнаружили, что некоторые белки хозяина, функции которых ранее были неизвестны, помогают вирусу правильно сворачивать и модифицировать гемагглютинин.
Второй механизм затрагивает параспеклы — крошечные каплевидные структуры в ядре клетки. Исследователи обнаружили, что заражение вирусом гриппа A вызывает растворение этих органелл, высвобождая связанные с ними РНК-связывающие белки, которые вирус затем использует для репликации. «Что нас больше всего удивило, так это параспеклы, — говорит Иулия Котова, бывший докторант группы Косински, ныне работающая в ETH Zurich. — Наблюдение, что эти крошечные органеллы растворяются во всех протестированных клеточных линиях и штаммах гриппа, говорит о том, что это не побочный эффект, а стратегия». Кроме того, есть данные, что параспеклы участвуют в клеточном ответе на стресс и регуляции противовирусных генов, так что их разрушение может ослаблять защиту клетки.
Работа опиралась на инфраструктуру трех учреждений: эксперименты по сшивающей масс-спектрометрии проводились в Charité в Берлине, гликопротеомный анализ — в EMBL Proteomics Core Facility, моделирование AlphaFold — на вычислительном кластере EMBL, а микроскопия — в Центре структурной системной биологии (CSSB).
Исследователи считают, что их подход «картографирования в контексте» может быть применен для изучения других вирусов, действующих сходным образом. «Хотя точные факторы хозяина и механизмы часто различаются от вируса к вирусу, наш общий подход — сочетание сшивки в клетках, структурного моделирования и целенаправленной клеточной биологии — остается широко применимым», — отмечает Косински. Богданов добавляет: «Хотя это исследование было сосредоточено на лабораторном штамме, оно закладывает основу для применения методологии к вирусам с потенциальной пандемической значимостью, таким как H5N1, и для выявления сетей взаимодействий, поддерживающих их размножение в клетках человека».
