Инфекциите, причинени от вируси, като респираторен синцитиален вирус или RSV, морбили, парагрип и ебола, обикновено се считат за остри. Тези вируси причиняват бързо заболяване и живеят в рамките на гостоприемник за ограничено време. Но в някои случаи ефектите от инфекцията и наличието на самия вирус могат да продължат. RSV, например, може да доведе до хронични респираторни проблеми, морбили може да доведе до енцефалит, а вирусът на Ебола може да се предава от пациенти, за които се смята, че са излекувани от болестта.
Нови открития от Университета на Пенсилвания предполагат механизъм, който може да обясни как вирусите могат да се задържат. Продуктите на вирусна инфекция, наречени дефектни вирусни геноми, накратко DVG, за които е известно, че участват в задействането на имунен отговор, също могат да стартират молекулярна пътека, която поддържа заразените клетки живи, откриха изследователите. Проучването използва нова техника за изследване на наличието на DVG на база клетка по клетка, за да покаже, че обогатените с DVG клетки имат стратегии за оцеляване в лицето на атака на имунната система.
"Едно от нещата, които областта знае от дълго време е, че DVG насърчават персистиращи инфекции в тъканната култура", каза Каролина Б. Лопес, доцент по микробиология и имунология в Училището по ветеринарна медицина на Пен. „Въпросът обаче беше, как да съчетаете това с факта, че те също са много имуностимулиращи? Как могат да помогнат за изчистването на вируса в същото време, когато насърчават устойчивостта? Нашата работа помага да се обясни този очевиден парадокс.“
López беше старши автор на работата, работейки в екип с водещи автори и членове на лабораторията Jie Xu и Yan Sun. Колеги съавтори включват Гордън Рутел и Даниел Бейтинг от Penn Vet, Yize Li и Susan R. Weiss от Penn's Perelman School of Medicine и Arjun Raj от Училището по инженерство и приложни науки. Тяхното изследване е публикувано в Nature Communications.
DVG са основен фокус на лабораторията на Лопес от години. Тези частични вирусни геноми се произвеждат в заразени клетки, когато вирусът започне да се възпроизвежда бързо, което води до дефектни версии на самия себе си, които съдържат големи делеции. След като се смяташе, че нямат никаква биологична функция, все повече се смята, че DVG са важни компоненти на вирусните инфекции.
През 2013 г. Лопес и колегите съобщиха, че DVGs са от решаващо значение за стимулиране на имунния отговор към респираторни вируси при мишки; когато DVGs са били изчерпани от вирус, мишките са имали по-тежки инфекции. През 2015 г. те съобщават, че DVGs също са от решаващо значение за стимулиране на имунния отговор към човешкия вирус RSV, като също така демонстрират за първи път, че присъствието на DVG в човешки респираторни проби от инфектирани пациенти корелира с повишен антивирусен имунен отговор.
В настоящата работа екипът на Лопес използва сложна техника, която им позволява да разграничат геномите с пълна дължина от частичните геноми на DVGs на ниво една клетка. Те изследваха клетки в култура, заразена с вируса Sendai или с RSV, вирус, който често засяга бебета и може да доведе до хронични респираторни проблеми, Етикетиране на геномите с пълна дължина в червено и частичните DVG в зелено, изследователите откриха разлики от клетка до клетка. Някои клетки почти нямаха DVG, докато други бяха силно обогатени с DVG, само с малък брой геноми с пълна дължина.
"Видяхме това в много различни клетъчни линии и дори в заразени бели дробове при мишки", каза Лопес. "Не бяхме оценили преди това, че има много хетерогенност в това, което се случва с тези DVG."
За да се разровят по-дълбоко как DVGs влияят върху хода на инфекцията, изследователите заразиха клетките или с версия на вируса Sendai, в която липсват DVG, или с такава, обогатена с DVG. Клетките, заразени с вируса с високо съдържание на DVG, оцеляват повече от два пъти по-дълго от тези, заразени с вирус без DVG. Добавянето на пречистени DVG увеличи времето за оцеляване на клетките, което показва пряка роля на DVG в насърчаването на оцеляването на клетките.
Резултатите бяха сходни при паралелни експерименти с RSV, което предполага, че ролята на DVG за оцеляване се изпълнява при различните типове вируси.
След това изследователите бяха любопитни да разберат какви молекулярни пътища могат да позволят на богатите на DVG клетки да избегнат апоптоза. Анализ на силно експресирани гени в клетки, обогатени с DVG, в сравнение с клетките с вирусни геноми с пълна дължина разкри, че множество гени за оцеляване са активирани в клетките, богати на DVG. По-специално, тези гени кодират сигнални протеини от пътя на TNF, за които е известно, че повишават имунитета и оцеляването на клетките, и IFN, за който е известно, че играе роля в антивирусния имунитет.
Последната серия от експерименти изяснява механизма, чрез който подгрупа от обогатени с DVG клетки продължава да съществува по време на вирусна инфекция. Лопес и колегите откриха, че сигнализирането чрез протеините MAVS и TNF рецептор 2 предпазва инфектираните клетки от апоптоза, която иначе се задейства от TNF?.
"Открихме тази двойна роля за TNF по време на тези инфекции", каза Лопес. „Ако TNF се свърже с клетка, която няма активиран път на MAVS, но е заразена, клетката е убита, но ако клетката има включен този път, тогава тя е защитена. MAVS се включва по време на антивирусния отговор и само клетки, които имат много DVG, активират този път. Тези данни показват, че нашите клетки са свързани да оцелеят, ако са ангажирани с антивирусен отговор, обяснявайки парадоксалните функции на DVG. Изглежда, че за да продължи да съществува, вирусът приема предимство на тези пътища на гостоприемника, които са там, за да насърчат оцеляването на клетките, работещи за елиминиране на вируса."
Резултатите, макар и ограничени до in vitro проучвания в настоящия доклад, сочат към начин, по който DVG могат да позволят на "острите" вирусни инфекции да се задържат.
Лопес се надява да надгради тези открития, за да е сигурен, че те се запазват in vivo. Тя също е любопитна да научи повече за двойните роли на TNF, което може да помогне да се обясни защо използването на TNF-насочени терапии не винаги се е оказвало според очакванията.
"Искам да видя дали има начин да използваме този път, за да сведем до минимум и да избегнем персистентността на тези вируси, което е наистина уместно, ако мислим за хроничните заболявания, свързани с някои от тези респираторни вируси", Лопес каза.
В допълнение, тя би искала да проучи колко обобщаващ е този път и дали може би би могъл да помогне да се обяснят проблемите с вирусната устойчивост, наблюдавани при такива инфекции с вирусите Ebola и Zika.
Подкрепата за проучването дойде от Националните институти по здравеопазване (грантове AI083284 и AI127832) и Американската асоциация на имунолозите Кариери в програмата за стипендии по имунология.
