Кишечные органоиды выплевывают клетки, зараженные вирусом

Энтеровирус A71 — пикорнавирус, с РНК-геномом длиной 7500 нуклеотидов в икосаэдрическом белковом капсиде. Он распространяется фекально-оральным путем и вызывает энтеровирусный везикулярный стоматит (синдром рука—нога—рот) — высокозаразное заболевание, которое особенно часто встречается у детей. Оно эндемично для всего Азиатско-Тихоокеанского региона, но часто появляется и в других регионах. Обычно болезнь протекает относительно легко, но у детей раннего возраста может приводить к летальному исходу; вакцин и специфического лечения не существует.

Пикорнавирусы, заразившие клетку, могут лизировать ее и высвобождаться во внутреннюю среду, или же клетка выделяет везикулы с вирусами. Механизмы распространения кишечных патогенов обычно изучают на культурах клетках и на органоидах, полученных из стволовых клеток человека. Однако большинство органоидов собираются базолатеральными поверхностями наружу — такая модель имитирует проникновение инфекции из крови или лимфы. Авторы нового исследования, опубликованного в Nature Microbiology, выращивали органоиды из ткани толстой кишки — колоноиды —так, чтобы снаружи оказались покрытые ворсинками апикальные поверхности клеток (те, что обращены в просвет кишки). Такая модель иллюстрирует взаимодействие клетки с кишечным патогеном. Вирусную инфекцию отслеживали с помощью конфокальной микроскопии.

По поверхности эпителия вирус распространялся редко. Зато эпителий избирательно экструдировал — выдавливал наружу инфицированные клетки, причем сам эпителий и его кортикальный актиновый слой оставались неповрежденными. «Изгнанные» клетки некоторое время оставались связанными с эпителием, затем отделялись и уплывали. Они были округлыми и теряли ворсинки на апикальной поверхности. Сходные результаты дали эксперименты с полиовирусом.

Этот процесс напоминает естественное обновление эпителиальных барьеров, при котором клетки тоже вытесняют апоптотических соседей без нарушения целостности эпителия. Однако инфицированные вирусом клетки, вытесненные из монослоя, не были апоптотичными (не экспрессировали каспазы 3 и 7). Они могли продолжать инфицировать другие клетки и органоиды.

Известно, что эпителий реагирует на аномальное повышение механического давления (вызванное, например, онкотрансформацией) с помощью сенсорных ионных каналов, таких как Piezo1, открытый нобелевским лауреатом Ардемом Патапутяном с коллегами. Авторы установили, что ингибитор Piezo1 блокировал удаление инфицированных клеток; они оставались на своем месте и выпускали свободный вирус. Почти при всех вирусных инфекциях изменяется форма зараженных клеток, и очевидно, именно поэтому изменяется давление в эпителиальном слое.

Можно предположить, что лизис клетки был бы менее выгоден для хозяина: в отличие от экструзии, он нарушает целостность эпителия. С другой стороны, не защищенный мембранами вирус более уязвим для иммунной системы. Таким образом, экструзия инфицированных клеток при полезна обеим сторонам, и вирусу, и хозяину.

Все больше наблюдений говорит о том, что вирусы часто распространяются «залпами», множественные частицы одновременно инфицируют восприимчивые клетки и ткани. В основе такого распространения может лежать экструзия неповрежденных инфицированных клеток. Из-за высокой частоты мутаций в РНК-геномах каждая клетка содержит множество вариантов вируса, а их одновременное перемещение дает дополнительные возможности для комплементарного взаимодействия, ингибирования или рекомбинации в новых зараженных клетках.

Дальнейшие эксперименты определят, какие нарушения цитоскелета способствуют экструзии инфицированных клеток и наблюдается ли такой механизм распространения вирусов в других видах поляризованного эпителия, отмечают авторы. Также нужны эксперименты in vivo, на инфицированных животных-хозяевах. Необходимо изучить генетические последствия одновременного выделения больших количеств вируса в интактных инфицированных клетках.

Нобелевская неделя 2021. Ардем Патапутян: «Коснуться, чтобы поверить»