Кодирующая ACE2 мРНК защитила клетки от коронавируса

S-белок SARS-CoV-2 связывает рецептор ACE2 человека (hACE2), находящийся на поверхности клетки. Это запускает каскад реакций, которые позволяют вирусу проникнуть в клетку. Рецептор hACE2 экспрессируется в клетках легких, сердца, почек и кишечника. Он состоит из трех сегментов — внеклеточного, трансмембранного и внутриклеточного. Пептидазы расщепляют hACE2 в районе внеклеточного сегмента, что высвобождает растворимую форму белка (hsACE2), которая является ферментативно активной. Недавно было показано, что рекомбинантный белок hsACE2 может подавлять коронавирусную инфекцию, «соревнуясь» с клеточными рецепторами. Однако рекомбинантный белок hsACE2 сложно применять из-за его короткого времени жизни в кровотоке. Исследователи из США предложили использовать липидные наночастицы, чтобы доставить мРНК, кодирующую hsACE2, к клеткам печени и легких и там экспрессировать белок.

Сначала авторы подтвердили, что клетки 293T действительно экспрессируют hsACE2 после трансфекции мРНК. После этого они оптимизировали состав липидных наночастиц для лучшей доставки мРНК в клетки. Так, лучшей экспрессии удалось добиться заменой холестерина на бета-ситостерин.

Авторы отмечают, что внутривенное введение липидных наночастиц обычно приводит к трансфекции гепатоцитов. Они предположили, что именно печень будет работать как «завод» для выработки hsACE2. Действительно, клетки печени трансфецировались липидными наночастицами in vitro и экспрессировали репортерный белок и hsACE2. Новый состав наночастиц также хорошо трансфецировал клетки печени мышей in vivo.

После внутривенного введения наночастиц, несущих мРНК, авторы отслеживали содержание hsACE2 в сыворотке мышей. Белок определялся в сыворотке уже через два часа после введения препарата. Его уровень достигал максимума через шесть часов, после чего снижался. Тем не менее циркулирующий hsACE2 выявлялся и через 72 часа. Полностью hsACE2 исчезал через семь дней.

Также исследователи проверили, можно ли экспрессировать hsACE2 в клетках дыхательных путей. Сначала они показали in vitro, что созданные ими липидные наночастицы совместимы с эпителиальными клетками легких человека Calu-3. После этого они трансфецировали клетки легких мыши in vivo, вводя наночастицы через трахею. Образцы отбирали через 24 и 48 часов после введения наночастиц с помощью бронхоальвеолярного лаважа. В образцах присутствовал белок hsACE2. Таким образом, трансфекция клеток легких ведет к секреции hsACE2 в слизь дыхательных путей. Также хороших результатов авторы добились, давая мышам вдыхать наночастицы.

Авторы оценили безопасность терапии. Они не обнаружили признаков токсичности для печени или почек при внутривенном введении препарата. Вдыхание препарата не повреждало легкие.

Ученые показали in vitro, что экспрессируемый клетками 293T hsACE2 взаимодействует с рецептор-связывающим доменом коронавируса. После этого они проверили, может ли hsACE2 предотвращать заражение клеток псевдовирусами. Сначала авторы получили клетки 293T, которые стабильно экспрессировали hACE2. Потом они экспрессировали hsACE2 в клетках 293T/17 и собрали содержащую белок среду. Под действием этой среды заражение псевдовирусом снижалось более, чем на 95%. Также hsACE2 подавлял заражение псевдовирусами, несущими S-белки с мутациями, как у вариантов B.1.1.7 и B.1.351. Ингибирующее действие hsACE2 продемонстрировали также на штамме SARS-CoV-2 USA-WA1/2020. На следующем этапе авторы планируют проверить, может ли белок предотвратить заражение мышей.