Исследователи определили клетки, которые могут быть первоочередными воротами для заражения организма коронавирусом, и обнаружили необычный побочный эффект интерферона, помогающий патогену.
Ученые из Гарвардского университета и Массачусетского технологического института определили типы клеток, которые могут служить первоочередными мишенями для коронавируса, попавшего в организм. Результаты исследования представлены на сайте лаборатории Алекса Шалека, одного из руководителей исследования. Позже статья будет опубликована в Cell.
Используя данные об РНК, которая экспрессируется в различных клетках организма, ученые выделили те клетки, в которых в достаточном количестве экспрессируются белки, необходимые для проникновения вируса. Крупные популяции таких клеток обнаружены в носовых каналах, легких и кишечнике.
Белки, о которых идет речь, — ангиотензинпревращающий фермент ACE2 и протеаза TMPRSS2. Первая из этих молекул играет важную роль в сердечной функции — в частности, за счет катализа реакций синтеза веществ с сосудорасширяющим действием. Что касается TMPRSS2, то функция этого фермента в организме до сих пор точно не понятна; наиболее известна его роль в развитии некоторых типов рака простаты. Зато хорошо известно, как ACE2 и TMPRSS2 помогают вирусу SARS-CoV-2 заражать организм хозяина. Первый белок связывается с шипиковыми протеинами вирусной частицы, а второй — активирует эти протеины, запуская тем самым механизм проникновения в клетку.
«Как только мы поняли, что роль этих белков была биохимически подтверждена, мы начали искать их гены в наших существующих наборах данных», — говорит соавтор исследования Хосе Ордовас-Монтанес. Сотрудники лаборатории Шалека параллельно с учеными во множестве других научных учреждений провели широкомасштабное изучение десятков тысяч различных клеток человека, приматов и грызунов, чтобы составить их транскрипционный профиль. Большая часть данных была предоставлена участниками проекта «Атлас человеческих клеток», в рамках которого создается каталог паттернов активности генов для каждого типа клеток в организме человека.
Среди клеток носовых проходов наиболее активно экспрессируют как ACE2, так и TMPRSS2 бокаловидные энтероциты. Их основная функция — продуцирование слизи для эпителия слизистой оболочки. В легких РНК обоих белков в большом количестве обнаружилась в гранулярных альвеолоцитах — клетках, вырабатывающих легочной сурфактант, синтезирующих иммуномодуляторы и регулирующих транспорт ионов и воды через эпителий. А в кишечнике оба белка активнее всего синезируются в каемчатых энтероцитах, которые составляют почти 9/10 от общего количества клеток в ворсинках прямой кишки.
В ходе исследований ученые обнаружили неожиданную корреляцию. Оказалось, экспрессия гена ACE2 коррелирует с экспрессией генов, которые активируются при помощи интерферона — вещества, вырабатываемого во время иммунного ответа на инфекцию.
Эксперименты, в которых гранулярные альвеолоциты обрабатывали интерфероном, подтвердили такое предположение. Это свидетельствует о том, что вирус SARS-CoV-2 в процессе своей эволюции мог научиться использованию защитных механизмов клетки для собственных нужд. Фактически один из побочных эффектов иммунного ответа в случае с коронавирусом состоит в том, что он «открывает ворота» для заражения.
Авторы работы надеются, что их исследование окажет большую помощь ученым, которые работают над созданием новых или тестированием уже существующих средств против вируса. «Наша цель — доносить информацию до [научного] сообщества и обмениваться данными как можно быстрее, чтобы мы помогли ученым и медикам», — говорит Алекс Шалек.
Автор: София Жаботинская