Длинная изоформа белка OAS1 защищает клетки от коронавируса

Тяжесть протекания COVID-19 может зависеть от наследственных генетических факторов, однако механизмы этой зависимости неясны. Ранее было показано, что мутации в генах интерферонового ответа ассоциированы с угрожающей жизни формой COVID-19. В новой работе ученые из Великобритании и Бразилии предположили, что одним из факторов, определяющих чувствительность к COVID-19, являются индивидуальные вариации в инитерферон-стимулируемых генах (ISG), и проверили это предположение в экспериментах на культуре человеческих клеток A549, экспрессирующих рецептор коронавируса ACE2.

Сначала ученые подтвердили чувствительность SARS-CoV-2 к IFN. Вирус эффективно реплицировался в клетках, но обработка культуры IFN типа I ингибировала репликацию. Затем они трансдуцировали клетки библиотекой лентивирусов, кодирующих более 500 человеческих ISG и более 350 ISG макаки-резуса. Чтобы отследить ингибирование репликации, использовали рекомбинантный SARS-CoV-2, экспрессирующий зеленый флуоресцентный белок. По итогам скрининга ученые отобрали шесть кандидатных противовирусных эффекторов, а после дополнительного анализа литературных данных остановились на OAS1.

OAS1 — участник эволюционно древней схемы противовирусного ответа. Каноническая модель работы OAS-системы предполагает улавливание двухцепочечной РНК, что приводит к синтезу 2’-5’-связанных олигоаденилатов (2-5A). 2-5A индуцируют димеризацию и активацию РНКазы L, которая уничтожает и хозяйскую, и вирусную РНК. Обычно роль сенсора приписывают другому OAS-белку, OAS3, однако в новой работе ученые показали, что противовирусное действие OAS1 не зависит от OAS3 и заключается именно в активации РНКазы L.

С помощью метода iCLIP2 авторы определили, что OAS1 связывается с консервативными структурами в пределах первых 54 нуклеотидов 5’-нетранслируемой области РНК SARS-CoV-2. Специфичность его действия обеспечивается особенностями последовательностей и структуры сайтов-мишеней — это защищает клетки от избыточной активации РНКазы L.

OAS1 ингибировал SARS-CoV-2, в том числе штамм B.1.1.7, и пикорнавирус EMCV, но не распознавал вирусы гриппа А, VSV, PIV-3 и RSV. SARS-CoV-2 и EMCV реплицируются в мембранных структурах, происходящих от эндоплазматического ретикулума, вирус гриппа — в ядре, а три последних вируса — в цитозоле клетки. Авторы предположили, что стратегия OAS1 направлена именно на мембранные сайты репликации внутри инфицированной клетки.

У людей OAS1 представлен двумя изоформами: более длинной p46 и более короткой p42. Экспрессию p46 определяет альтернативный сплайсинг, который зависит от SNP 12-112919388-G-A в интроне. Аллель с нуклеотидом G в этой позиции дает и p46, и p42, тогда как аллели, несущие A, кодируют только изоформу p42. Ученые показали, что изоформа p42 не имеет выраженной активности против SARS-CoV-2. Причина в том, что p46 содержит на C-конце сайт пренилирования. Именно пренильная группа направляет OAS1 в мембранные структуры, содержащие РНК вируса. Это подтвердилось в экспериментах. Внесение точечной мутации, нарушающей сайт пренилирования, снижало противовирусную активность p46. Добавление сайта пренилирования к p42, наоборот, повышало активность этой изоформы. Визуализация инфицированных клеток, экспрессирующих пренилированный OAS1, показало его колокализацию с двухцепочечной вирусной РНК.

Чтобы определить связь пренилированного OAS1 с тяжестью заболевания, авторы проанализировали данные РНК-секвенирования 499 пациентов с COVID-19, исходы для которых известны. Все пациенты экспрессировали OAS1, но у 42,5% (212) пациентов не было изоформы p46. Ее отсутствие, как и повышенная экспрессия p42, ассоциировались с тяжелой формой COVID-19.

Наконец, ученые обратились к доступным геномным последовательностям летучих мышей рода Rhinolophus — предполагаемых хозяев предшественника SARS-CoV-2. Они выявили событие ретротранспозиции, уничтожившее сайт пренилирования в OAS1. Это говорит о том, что OAS1 этих летучих мышей, скорее всего, не способен ингибировать SARS-CoV-2, а значит, Rhinolophus могут служить хорошим резервуаром для сарбековирусов.