Девять из десяти белков SARS-CoV-2 вызывают дефекты крыльев у дрозофил

Миллионы смертей и продолжающиеся заболевания, вызванные пандемией COVID-19, заставили ученых искать новые пути понимания того, как вирусы так искусно проникают в клетки человека и перепрограммируют их.

Необходимы срочные инновации, ведущие к разработке новых методов лечения, поскольку, по прогнозам вирусологов, в будущем смертоносные вирусы и пандемии могут вновь возникнуть из семейства коронавирусов.

Один из подходов к разработке новых методов лечения таких коронавирусов, включая вирус SARS-CoV-2, вызывающий COVID-19, заключается в блокировании механизмов, с помощью которых вирус перепрограммирует наши клетки и заставляет их производить больше вирусных частиц. Однако в ходе исследований было выявлено около 1000 человеческих белков, способных связываться с вирусными белками, что создает непреодолимые трудности в определении того, какие из множества возможных взаимодействий наиболее значимы для инфекции.

Совместная работа нескольких институтов позволила создать на плодовых мушках (Drosophila) набор инструментов, позволяющий разобраться в этом множестве возможностей. Новый ресурс Drosophila COVID Resource (DCR) позволяет быстро оценить ключевые гены SARS-CoV-2 и понять, как они взаимодействуют с белками-кандидатами человека.

Исследование, опубликованное в журнале Cell Reports, проводилось под руководством Аннабель Гишар и Итана Бира из Калифорнийского университета в Сан-Диего, а также Шенжао Лу, Огуза Канча, Шиньи Ямамото и Хьюго Беллена из Медицинского колледжа Бэйлора и Техасской детской больницы.

Определяющей особенностью вирусов является их способность к быстрой эволюции, что оказалось особенно сложным при борьбе с вирусом SARS-CoV-2, — сказал Бир, профессор Школы биологических наук Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Мы предполагаем, что этот новый ресурс даст исследователям возможность быстро оценить функциональные эффекты факторов, продуцируемых этим патогеном, встречающимся раз в столетие, а также будущими вариантами, возникающими в природе.

Исследователи разработали DCR как универсальную систему обнаружения. Она включает в себя набор линий плодовых мушек, продуцирующих каждый из 29 известных белков SARS-CoV-2 и более 230 их ключевых человеческих мишеней. Кроме того, ресурс предлагает более 300 штаммов мух для анализа функций аналогов человеческих вирусных мишеней.

Используя мощные генетические инструменты, доступные в модельной системе плодовой мушки, мы создали большую коллекцию реагентов, которая будет свободно доступна для всех исследователей, — сказал Беллен.

Мы надеемся, что эти инструменты помогут в систематическом глобальном анализе in vivo взаимодействий между вирусом SARS-CoV-2 и клетками человека на молекулярном, тканевом и органном уровне и помогут в разработке новых терапевтических стратегий для решения текущих и будущих проблем здравоохранения, которые могут возникнуть в результате воздействия вируса SARS-CoV-2 и родственных ему семейств.

В ходе тестирования и анализа возможностей DCR исследователи обнаружили, что девять из 10 белков SARS-CoV-2, известных как неструктурные белки (NSPs), которые они экспрессировали в мухах, привели к дефектам крыльев у взрослых мух. Эти дефекты могут послужить основой для понимания того, как вирусные белки воздействуют на белки хозяина, нарушая или переориентируя важные клеточные процессы в интересах вируса.

Кроме того, было сделано интригующее наблюдение: один из вирусных белков, известный как NSP8, функционирует в качестве своеобразного концентратора, координирующего свою работу с другими NSP на взаимоусиливающей основе. NSP8 также тесно взаимодействовал с пятью из 24 человеческих белков-кандидатов на связывание, отметили исследователи. Они обнаружили, что человеческий белок, проявляющий наиболее сильное взаимодействие с NSP8, является ферментом, известным как аргинилтрансфераза 1, или ATE1.

ATE1 добавляет аминокислоту аргинин к другим белкам, изменяя их функции, — говорит Гишар.

Одной из таких мишеней ATE1 является актин — ключевой цитоскелетный белок, присутствующий во всех наших клетках.

Гишар отметила, что при совместном производстве NSP8 и ATE1 в клетках мух был обнаружен гораздо более высокий уровень аргинин-модифицированного актина, чем в норме.

В этих клетках мух образовались аномальные кольцеподобные структуры, покрытые актином, — сказала исследователь, — и они напоминали аналогичные структуры, наблюдаемые в клетках человека, инфицированных вирусом SARS-CoV-2.

Однако когда мухам давали препараты, подавляющие активность человеческого фермента ATE1, действие NSP8 значительно снижалось, что открывает путь к созданию новых перспективных терапевтических средств.

Исследователи утверждают, что эти первые результаты — лишь вершина айсберга для поиска лекарств. Восемь других протестированных NSP также продемонстрировали характерные фенотипы, что заложило основу для поиска других новых кандидатов в лекарственные препараты.

В ряде случаев выявление новых препаратов-кандидатов, направленных на функционально важные взаимодействия вируса и человека, может оказаться полезным в сочетании с существующими антивирусными препаратами, такими как Пакловид, — заключает Биер.

Эти новые открытия могут также дать ключ к разгадке причин различных симптомов длительного течения КВИДа и стратегий будущего лечения.

22.07.2023