Сразу два новых исследования нашли объяснение высокой инфекционности SARS-CoV-2 и его способности так легко и быстро захватывать организм. Кроме того, ученые показали еще одну потенциальную цель для борьбы с вирусом.
Частицы вируса SARS-CoV-2 (красные) покрывают бронхи человека (синие) и слизь (желтые) / © Лаборатория Ehre, Медицинская школа UNC)
Группа ученых под руководством медиков и биологов из Бристольского университета определила, в чем секрет высокой инфекционности SARS-CoV-2 — возбудителя Covid-19 — по сравнению с другими коронавирусами и почему он может так быстро распространяться по клеткам всего организма. Результаты опубликованы в журнале Science.
Для заражения SARS-CoV-2 должен сначала прикрепиться к мембранному белку ACE2 (ангиотензинпревращающий фермент 2), который выстилает поверхность клеток по всему нашему организму. После присоединения вирус проникает в клетку и воспроизводит несколько своих копий. Затем реплицированные частицы высвобождаются, что приводит к передаче SARS-CoV-2. Для прикрепления к клеткам и вторжения в них коронавирус использует S-белок (они покрывают оболочку вирусной частицы, как колючки или лучи, отсюда и название — Spike, «шип»). И понимание процесса, посредством которого спайковый белок распознает человеческие клетки, — ключевой вопрос в разработке методов лечения Covid-19 и вакцин.
«Изучая последовательность S-белка SARS-CoV-2, мы были поражены наличием небольшой последовательности аминокислот, которая, казалось, имитировала последовательность белка, обнаруженную в человеческих белках, взаимодействующих с нейропилином-1. Это привело нас к простой гипотезе: может ли шипиковый белок коронавируса связываться с нейропилином-1, чтобы инфицировать клетки?» — пишут ученые.
Нейропилин-1 — мембранный белок, продукт гена NRP1. Это один из двух похожих белков, регулирующих формирование кровеносных сосудов и нервов. К тому же экспрессируется на более высоких, чем обычно, уровнях при некоторых онкологических заболеваниях. Поэтому нейропилин-1 уже становился объектом исследований как потенциальная мишень для лечения рака.
После того как авторы исследования благодаря рентгеноструктурному анализу и биохимическому подходу выяснили, что шипиковый белок коронавируса связывается с нейропилином-1, они сделали еще одно важное открытие. Это взаимодействие, как оказалось, помогает усиливать инфекционность SARS-CoV-2 и упрощает его проникновение в клетки. «Затем с помощью моноклональных антител — белков, созданных в лаборатории и напоминающих природные антитела — нам удалось ослабить способность SARS-CoV-2 инфицировать человеческие клетки», — добавили они.
Параллельно с этим в том же Science вышла статья ученых из Технического университета Мюнхена (Германия), Университета Хельсинки (Финляндия) и Университета Тарту (Эстония). Они тоже подтвердили, что белок нейропилин-1 играет роль помощника SARS-CoV-2 и позволяет ему быстрее проникать в клетку-хозяина, захватывая организм.
«Чтобы определить, может ли SARS-CoV-2 использовать нейропилин-1 (NRP1) для проникновения и повышения инфекционности, мы создали лентивирусные частицы, псевдотипированные S-белком этого вируса. Клеточная линия НЕК-293Т, которая почти не имеет обнаруживаемых транскриптов ACE2 и NRP1, трансфицировала плазмиды. При индивидуальной экспрессии ACE2 делал клетки восприимчивыми к инфекции. А NRP1 едва ли способствовал инфицированию в клеточной линии, но его совместная экспрессия с ACE2 и мембрано-связанной сериновой протеазой TMPRSS2 заметно усиливала способность вируса заражать клетки. <…> Следовательно, NRP1 может усиливать инфекцию в присутствии других факторов хозяина. Чтобы проверить специфичность проникновения NRP1-зависимого вируса, мы разработали моноклональные антитела (mAb) для блокирования внеклеточного домена b1b2 NRP1, который, как известно, опосредует связывание с пептидами CendR», — объяснили ученые.
Благодаря моноклональным антителам SARS-CoV-2 с измененным сайтом не зависел от нейропилина-1. Однако, несмотря на то что обеим научным группам удалось блокировать активность вируса, лишив его возможности связываться с нейропилином-1 в клетках, выращенных в лаборатории, не ясно, получится ли достичь такого же эффекта на пациентах с Covid-19.
«Пока рано делать предположения, может ли прямое блокирование нейропилина стать реальным терапевтическим подходом, поскольку есть риск, что это приведет к побочным эффектам. Необходимо провести еще исследования. Наша лаборатория уже изучает действие новых молекул, которые мы разработали, чтобы прервать связь между вирусом и нейропилином. Предварительные результаты многообещающие, и мы надеемся вскоре получить подтверждения in vivo», — сказал Джузеппе Балистрери, вирусолог из Хельсинкского университета.
Тем не менее авторы уверены, что выявленная ими связь между S-белком SARS-CoV-2 и нейропилином-1 предоставляет ранее неизвестный путь для борьбы с пандемией коронавируса. «Если вы думаете, что ACE2 — это дверной замок для входа в клетку, то нейропилин-1 — фактор, который направляет вирус к двери. ACE2 экспрессируется на очень низких уровнях в большинстве клеток. То есть вирусу непросто найти двери для проникновения. Но другие факторы, такие как нейропилин-1, могут помочь вирусу обнаружить свою дверь», — подытожил Балистрери.
