Инфекция коронавирусом SARS-CoV-2 может поражать несколько органов. Имея это в виду, исследователи из Немецкого центра нейродегенеративных заболеваний (DZNE) и Корнельского университета в США исследовали клеточные факторы, которые могут иметь значение для инфекции. С этой целью они проанализировали активность 28 специфических генов в широком спектре тканей человека. Их результаты, которые представляют собой карту потенциально связанных с заболеванием факторов в организме человека, опубликованы в журнале Cell Reports.
"SARS-CoV-2 поражает не только дыхательную систему, но и может поражать многие другие органы тела. Даже если вирус сначала заразит дыхательную систему, важно уметь предсказать, куда он может попасть дальше. Это помогает в разработке методов лечения. Таким образом, нашей целью было узнать больше о том, что делает различные органы восприимчивыми к инфекции," объяснил доктор. Викас Бансал, специалист по данным на сайте DZNE в Тюбингене. "Поэтому мы изучили различные ткани, чтобы увидеть, какие компоненты клеточного аппарата могут иметь отношение к инфекции, а также какие типы клеток оказываются особенно восприимчивыми." Бансал является соавтором данной статьи с Манвендрой Сингхом, научным сотрудником президента Корнельского университета, и Седриком Фешоттом, профессором кафедры молекулярной биологии и генетики Корнельского университета.
Поиск кандидатов
В сотрудничестве со своими американскими коллегами Бансал начал с идентификации 28 человеческих генов, соответственно клеточных факторов, которые позволяют вирусу проникать в клетки человека или которые иным образом могут быть важны для инфекции. Помимо рецепторов на поверхности клетки, они включали, например, белки, которые предположительно необходимы патогену для размножения внутри клетки. Важно отметить, что в список изучаемых факторов также входят ферменты, блокирующие проникновение патогенов в клетки, известные как "ограничивающие факторы." Таким образом, 28 проанализированных клеточных функций дублированы "Шарфы" для "Рецепторы и факторы, связанные с SARS-CoV-2 и коронавирусом."
"Известно, что вирус злоупотребляет так называемым рецептором ACE2, который находится на поверхности человеческих клеток, для стыковки и проникновения в них. Поэтому этому рецептору и другим связанным с ним факторам уделяется большое внимание. Это потенциальные отправные точки для лечения," сказал Бансал. Однако известно, что родственные вирусы короны используют широкий спектр возможностей для заражения клеток. По словам исследователя, данные свидетельствуют о том, что это также относится к SARS-CoV-2. "Поэтому мы расширили наш анализ на клеточные факторы, которые, как было установлено, имеют отношение к другим вирусам короны и, следовательно, также могут быть важны для SARS-CoV-2."
Так ли это на самом деле, покажут будущие эксперименты, – пояснил Бансал. По его словам, целью подобных расследований было выявление перспективных кандидатов. "Однако наше исследование – это всего лишь снимок. Исследования стремительно развиваются. Мы постоянно узнаем новые факты об этом вирусе."
Профили активности генов
Используя информацию из научных баз данных, исследователи проанализировали активность генов, также известную как образцы экспрессии, примерно в 400 000 человеческих клетках из различных типов тканей. К ним относятся слизистая оболочка носа, легкие, кишечник, почки, сердце, мозг и репродуктивные органы. Анализ проводился на одноклеточном уровне с использованием сложных методов биоинформатики. "Это позволило нам исследовать, в каких клетках экспрессируются SCARF, а также какой процент клеток в данной ткани экспрессирует эти факторы," сказал Бансал. "Наши результаты, безусловно, ограничены тем фактом, что паттерны экспрессии могут изменяться в ходе инфекции и что такие профили активности не отражают напрямую обилие белков, таких как клеточные рецепторы. Тем не менее, модели выражения являются хорошими индикаторами."
Поля боя и горячие точки
В соответствии с известным фактом, что SARS-CoV-2 атакует, в частности, дыхательные пути, паттерны экспрессии идентифицируют слизистую носа как поле битвы. Соответственно, клетки слизистой оболочки носа содержат как факторы, способствующие инфицированию, такие как рецептор ACE2, так и факторы, препятствующие проникновению вируса, такие как IFITM3 и LY6E. "IFITM3 – это белок, предотвращающий проникновение других коронавирусов через клеточную мембрану. То же самое может относиться и к SARS-CoV-2. LY6E также действует как защитный механизм," сказал Бансал. "Таким образом, кажется, что контакт вируса со слизистой носа приводит к перетягиванию каната. Поэтому вопрос в том, кто станет победителем. Интересно, что наши данные показывают, что уровень экспрессии факторов входа в ткани носа человека меняется с возрастом. Это может быть причиной того, что пожилые люди более восприимчивы к заражению SARS-CoV-2."
Согласно текущему исследованию, кишечник, почки, семенники и плацента являются потенциальными горячими точками, то есть эти области, по-видимому, характеризуются значительной коэкспрессией ACE2 с TMPRSS2, ферментом, участвующим в проникновении вируса в сочетании с ACE2. "Мы также смогли идентифицировать ряд клеточных факторов, которые, в качестве альтернативы рецептору ACE2, могут способствовать проникновению SARS-CoV-2 в легкие, сердце и центральную нервную систему," сказал Бансал. "К настоящему времени известно, что SARS-CoV-2 может вызывать неврологические расстройства. Хотя вирус еще не обнаружен в нейронах, нервная система включает другие клетки, такие как астроциты и перициты, которые, например, участвуют в регуляции гематоэнцефалического барьера, который является интерфейсом между мозгом и кровотоком. Согласно нашему исследованию, эти клетки вполне могут быть восприимчивы к инфекции. Это может быть связано с рецептором, называемым BSG. В целом, наше исследование предоставляет множество данных и конкретные подсказки для будущих исследований коронавируса."