Белки коронавируса нарушают репарацию клеточной ДНК

Три года назад, 11 марта 2020 г., ВОЗ признала инфекцию COVID-19, вызванную новым РНК-вирусом SARS-CoV-2, пандемией. Быстрое распространение возбудителя по планете, высокая скорость мутации и способность вызывать тяжелые, часто летальные пневмонии обусловили пристальное изучение инфекции. Однако молекулярные аспекты отдаленных последствий COVID-19 для организма человека мало изучены. Существует предположение, что продолжительные проблемы со здоровьем могут быть связаны с прямым негативным воздействием вируса на хромосомную ДНК, которое ускоряет старения организма в целом.

Группа исследователей из Италии провела эксперименты на культуре клеток человека. С помощью иммунноблоттинга и метода ДНК-комет было показано, что инфицирование SARS-CoV-2 приводит к фрагментации ДНК клетки и инициации ответа на повреждение. При этом снижаются активность и уровень киназы CHK1.

В клетках человека CHK1 участвует в регуляции клеточного цикла и первой отвечает на повреждение ДНК. Она контролирует образование дезоксинуклеозидтрифосфатов (dNTP), необходимых для синтеза ДНК. Снижение активности CHK1, вызванное инфекцией, приводило к уменьшению концентраций dNTP в клетке. Ученые по очереди экспрессировали 24 из 26 аннотированных белков SARS-CoV-2 в клетках и выяснили, что сильнее всего уровень CHK1 снижают структурный вспомогательный белок ORF6 и хеликаза NSP13. При этом ORF6 способствует деградации CHK1 по протеасомному пути, а NSP13 — по пути аутофагии. До недавнего времени функция вирусного белка NSP13 была не известна, а коронавирусному ORF6 приписывали иммуномодулирующие свойства.

На следующем этапе ученые обнаружили, что нуклеокапсидный белок (N-белок) SARS-CoV-2 нарушает работу клеточного антионкогенного транскрипционного фактора 53BP1, который участвует в регуляции клеточного цикла. N-белок препятствует рекрутированию 53BP1 к двухцепочечным разрывам. Таким образом, под воздействием коронавирусных белков в зараженной клетке усиливается фрагментация ДНК, а репарация замедляется или прекращается, что приводит к масштабным повреждениям генетического материала. Авторы предположили, что в результате таких изменений запускаются клеточные механизмы старения и провоспалительные процессы.

Повреждение ДНК и признаки клеточного старения также были выявлены в экспериментах in vivo на модельных мышах и в образцах тканей погибших пациентов с подтвержденным COVID-19.

Работа проливает свет на молекулярные основы воздействия SARS-CoV-2 на клетки организма-хозяина и на причины постковидного синдрома. Дальнейшее изучение изменений метаболизма нуклеотидов под действием коронавируса может способствовать совершенствованию антивирусной терапии и нивелированию отдаленных последствий инфекции.