Муцины защищают легкие от коронавируса

COVID-19 может протекать как бессимптомно, так и приводить к тяжелому заболеванию и смерти. Идет поиск факторов организма-хозяина, определяющих тяжесть болезни. В новой работе ученые из США провели двунаправленный полногеномный скрининг генов, экспрессия которых препятствует или способствует заражению SARS-CoV-2. Они впервые использовали культуру клеток легочного эпителия человека Calu-3. Эти клетки сложно культивировать, однако результаты, полученные на них, представляют большой научный и медицинский интерес, поскольку заражение обычно происходит именно через дыхательные пути. Также важно, что в ходе скрининга изучали не только потерю функции (loss-of-function, LOF, проверка влияния отключения генов на инфицирование клетки), но и усиление функции (gain-of-function, GOF, проверка влияния увеличения экспрессии генов на инфицирование клетки).

LOF- и GOF-скрининг клеток Calu-3 проводили с помощью технологии CRISPR. Культуру заражали изолятом SARS-CoV-2 USA/WA-1 и инкубировали до того момента, как погибнет более 70% клеток (около пяти дней).

В результате скрининга авторы показали, что на интенсивность заражения влияют различные гены, участвующие в делении клеток, межклеточных контактах, воспалительном процессе, а также компонентов цитоскелета и муцинов. Именно роли муцинов, которая была показана впервые, ученые уделили наибольшее внимание.

Чтобы проверить роль мембранных муцинов в защите клеток от коронавирусной инфекции, клетки обработали бактериальной протеазой StcE, расщепляющей муцины. После такой обработки клетки были более подвержены инфекции. Увеличение экспрессии мембранных муцинов у человека после заражения было подтверждено при РНК-секвенировании посмертных образцов легких пациентов с COVID-19. Защитное действие мембранных муцинов проверили также на животной модели — у мышей Muc1^−/−/Muc4^−/−/Muc16^−/− при заражении SARS-CoV-2 вирусная нагрузка была выше, чем у мышей дикого типа.

Также расщепление муцинов с помощью протеазы StcE делает клетки более уязвимыми к вирусу гриппа PR8 и парагриппа PIV3, а также к коронавирусу 229E. Таким образом, было показано, что мембранные муцины защищают клетки легочного эпителия от этих вирусов.

В отличие от мембранных муцинов, секретируемые муцины не показали антивирусного эффекта, а один из них, MUC5AC, даже способствовал заражению.

«Тот, у кого синтезируется много правильного типа слизи, может быть хорошо защищен. Но тот, у кого синтезируется много слизи неправильного типа, может быть более подвержен риску инфекции. И тот, у кого синтезируется слишком мало правильной слизи, также может подвергаться большему риску», — поясняет Скотт Биринг из Калифорнийского университета в Беркли, первый автор исследования.