Стволовые клетки млекопитающих защищает от вирусов РНК-интерференция

РНК-интерференция (РНКи) не только регулирует экспрессию генов, но и очищает клетки от вирусной РНК. Оказывается, в стволовых клетках млекопитающих экспрессируется альтернативная изоформа эндонуклеазы дайсера, необходимой для РНКи, которая успешно распознает и расщепляет двухцепочечную вирусную РНК, препятствуя размножению вируса.

Изображение:

Органоид мозга, инфицированный SARS-CoV-2. Ядра клеток показаны синим цветом, стволовые клетки — зеленым, а инфицированные клетки — пурпурным.

Credit:

Пресс-релиз

В отличие от дифференцированных клеток стволовые клетки млекопитающих не обладают способностью запускать интерферонный ответ. У беспозвоночных и растений также нет системы интерферонов, они защищают себя от вирусной инфекции с помощью РНК-интерференции (РНКи). Как установили британские ученые, тот же механизм используют стволовые клетки мышей и людей.

Белок дайсер (Dicer) — рибонуклеаза, которая расщепляет двухцепочечную РНК, образуя малые интерферирующие РНК. Если это РНК вируса, таким образом подавляется его размножение. Однако роль РНК-интерференции в противовирусном иммунитете млекопитающих до сих пор не ясна.

У растений и насекомых есть разные специализированные варианты дайсеров для регуляции трансляции мРНК и для защиты от вирусов, тогда как у млекопитающих ген дайсера один, и этот фермент не слишком эффективно расщепляет двухцепочечную РНК. Однако в ооцитах была найдена укороченная форма дайсера — продукт альтернативного сплайсинга, — которая справляется с этим лучше. Исследователи из Института Фрэнсиса Крика (Великобритания) предположили, что такая изоформа может экспрессироваться и в других клетках, которые защищаются от вирусов с помощью РНКи.

С помощью ПЦР тотальной кДНК из клеток тонкого кишечника мышей авторы идентифицировали транскрипт гена дайсера, в котором отсутствуют экзоны 7 и 8. В результате трансляции этого транскрипта in silico получили короткую изоформу дайсера, которую назвали aviD — antiviral Dicer. Обе изоформы — каноническая и aviD — были обнаружены в клетках мышей, включая нервные стволовые и эмбриональные клетки, а также в эмбриональных клетках человека.

Чтобы оценить способность aviD запускать противовирусную РНКи, авторы получили клетки человека, которые экспрессировали или обе изоформы, или только канонический дайсер, или только aviD. Клетки инфицировали вирусом карельской лихорадки (SINV) или вирусом Зика и убедились, что aviD, но не каноническая формазащищает клетки от инфекции, и происходит это благодаря РНК-интерференции.

Защитное действие подтвердилось и для самого популярного РНК-вируса — SARS-CoV-2. (Для этого эксперимента были получены клетки, которые также экспрессировали рецептор АСЕ2, необходимый коронавирусу.) В клетках с aviD инфицированных клеток было меньше в три раза по сравнению с клетками, экспрессирующими только каноническую форму.

На репликацию ДНК-вирусов (оспы и вируса простого герпеса 1) изоформа дайсера не влияла. Это подтверждало, что мишенью является двухцепочечная РНК.

С помощью флуоресцентной гибридизации in situ транскрипты aviD были обнаружены в криптах тонкого кишечника мышей вместе с маркером стволовых клеток — белковым рецептором Lgr5. В дифференцированных клетках транскриптов aviD не было: способность экспрессировать эту изоформу пропадала при дифференцировке.

Как известно, вирус Зика может вызывать микроцефалию у младенца, если инфицирована женщина во время беременности. Причина в том, что вирус поражает клетки-предшественники нейронов. Чтобы проверить защитный эффект РНК-интерференции в более реалистичных условиях, авторы получили органоиды мозга мыши из клеток, экспрессирующих обе изоформы дайсера, или только каноническую, или только aviD. Органоиды всех трех типов развивались одинаково, однако при инфекции вирусом Зика рост органоидов, не экспрессирующих aviD, замедлялся, в них было больше инфекционных вирусных частиц, больше пораженных стволовых клеток. Аналогичные наблюдения были сделаны на органоидах, инфицированных SARS-CoV-2. Секвенирование малых РНК подтвердило ведущую роль aviD в защите от вируса.

Авторы подчеркивают, что aviD-опосредованная противовирусная РНК-интерференция — не единственный механизм, защищающий стволовые клетки млекопитающих от вирусов, и он, вероятно, действует согласованно с другими механизмами, такими как независимая от интерферонов экспрессия факторов рестрикции. Противовирусный врожденный иммунитет млекопитающих обеспечивается набором сигнальных путей, адаптированных к статусу дифференцировки клетки.

Источник

Poirier E.Z. et al. // An isoform of Dicer protects mammalian stem cells against multiple RNA viruses // Science, vol. 373, issue 6551, pp. 231-236 (2021), published online 09 July 2021. DOI: 10.1126/science.abg2264

Добавить в избранное

Вам будет интересно