Найден белок, через который вирус клещевого энцефалита проникает в клетку

Вирус клещевого энцефалита (ВКЭ) принадлежит роду Orthoflavivirus семейства Flaviviridae – многие вирусы этой группы переносятся членистоногими. Помимо ВКЭ, к ортофлавивирусам также относятся возбудители лихорадки денге, Зика, Западного Нила и Повассан. Хотя флавивирусы ежегодно заражают сотни миллионов людей по всему миру, механизм их проникновения в клетку недостаточно изучен. Исследователи из США, Швеции и Франции обнаружили белок на поверхности человеческих клеток, с которым взаимодействует ВКЭ.

Данный вирус передается главным образом иксодовыми клещами (в основном таежным клещом Ixodes persulcatus и европейским лесным клещом Ixodes ricinus), в редких случаях — при употреблении непастеризованных молочных продуктов. Заболевание характеризуется преимущественно поражением ЦНС и отличается разнообразной симптоматикой с высокой частотой параличей и летальных исходов. (Подробнее на PCR.NEWS.) В Европе и Северо-Восточной Азии ежегодно регистрируется более 10 000 случаев клещевого энцефалита (КЭ), при этом число случаев растет (в России же, согласно данным Роспотребнадзора, отмечается тенденция к их снижению). Также повсеместно появляются новые эндемичные районы. Главная опасность заболевания заключается в отсутствии специфического лечения (однако вакцинация может защитить от тяжелых форм течения инфекции).

Геном ортофлавивирусов состоит из положительной цепи РНК, кодирующей десять белков, три из которых — белок капсида (C), мембранного предшественника (prM) и гликопротеиновой оболочки (E) — включены в состав вирусных частиц. Поверхностная оболочка защищает геном и опосредует проникновение вируса в клетки. Семь невключенных в вирион белков вируса (такие белки называются неструктурными) обеспечивают критические этапы экспрессии вирусных генов, репликации генома, подавления иммунитета хозяина и биогенеза вириона.

Факторы, кодируемые клеткой хозяина, необходимы для репликации вируса, а белки на поверхности клетки играют ключевую роль в инфицировании: его успешность зависит от способности вируса связываться с ними. В последние годы ученые при помощи методов геномной инженерии (в частности, геномного редактирования CRISPR-Cas9) активно исследуют взаимодействие вируса и хозяина для понимания механизмов заражения. Однако для клещевых инфекций до недавнего времени подобных исследований не проводилось.

В статье, опубликованной в Nature, международная команда ученых сообщила об открытии белка на клетках человека, при помощи которого ВКЭ проникает в клетку. Они провели скрининг клеток линии A549 человека с использованием полногеномной библиотеки нокаутов CRISPR-Cas9 GeCKO v214,15, чтобы выявить гены хозяина, потеря которых обеспечивала бы выживание клеток после инфицирования ВКЭ.

Скрининг показал, что LRP8 (ApoER2) — уникальный фактор проникновения ВКЭ в клетки. Известно, что LRP8 обладает высокой экспрессией в нейронах и глиальных клетках ЦНС — инфицирование этих типов клеток играет ключевую роль в нейровирулентности ВКЭ и неврологических проявлениях энцефалита. Подавление экспрессии LRP8 с помощью CRISPR или коротких интерферирующих РНК снижало заражение клеток ВКЭ, а возобновление экспрессии или сверхэкспрессия LRP8 восстанавливала и усиливала инфекцию. Примечательно, что гомологи LRP8 не могут способствовать проникновению ВКЭ в клетку — вирус использует только этот рецептор.

Человеческий LRP8 состоит из нескольких доменов; за взаимодействие с вирусом отвечает N-концевой лиганд-связывающий домен (LBD) с семью повторами LA. Исследуя роль LBD в проникновении ВКЭ в клетку, авторы показали, что удаление повторов LA4–6 не влияет на возникновение инфекции, тогда как область LA1–2 является критичной для инфицирования. Было показано, что именно эта область взаимодействует с вирусными частицами, связывая их с клеткой.

Белок E вируса клещевого энцефалита состоит из трех доменов, и авторы предположили, что домен DIII отвечает за связывание с рецептором. Прямое взаимодействие мономерного или димерного DIII с LRP8 не было обнаружено. Однако искусственное создание пентамерной (вирионоподобной) формы DIII позволило продемонстрироватьь связывание с LA1–2 белка LRP8. Вероятнее всего, связывание LRP8 с вирусом возможно только при множественных контактах рецептора с вирионоподобной формой вирусного белка.

На клеточной линии A549 было показано, что при низкой экспрессии LRP8 вирусный белок E связывался с клетками слабо, однако повышенная экспрессия LRP8 способствует связыванию и проникновению ВКЭ. Через 30 минут вирус перераспределялся внутрь клеток и колокализовался с ранним эндосомальным маркером EEA1, что указывает на его поглощение путем эндоцитоза. В клетки, содержавшие белок с полноразмерным LBD (LA1–7), вирус проникал еще активнее.

Было обнаружено, что мини-рецептор LA1–2–Fc, представляющий минимальную последовательность LRP8, может действовать как растворимая ловушка для ВКЭ, блокируя его проникновение в клетки. Он эффективно снижал инфекцию в клеточных линиях и в культуре нейронов человека, а также защищал мышей от летальной инфекции ВКЭ, предотвращая виремию и поражение мозга. Это подтверждает, что LRP8 критически важен для инфицирования и развития заболевания.

Как заявляет один из руководителей исследования, Картик Чандран из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна (Нью-Йорк), белковые рецепторы клетки-хозяина до сих пор не были идентифицированы ни для одного флавивируса. «Убедительно продемонстрировав, что для заражения человеческих клеток вирусу клещевого энцефалита критически необходим белковый рецептор, мы открываем новые возможности для обнаружения рецепторов других флавивирусов и разработки методов лечения вызываемых ими разрушительных инфекций», — добавляет он.

Вирус Зика заставляет фибробласты кожи менять запах и привлекать комаров