Вирусы адаптируются к особенностям трансляции в инфицируемой ткани

Трансляция геномов вирусов сильно зависит от факторов организма-хозяина. Например, вирусы обычно не кодируют тРНК или несут гены только нескольких из них. Известно, что для разных тканей характерна экспрессия разных изоакцепторных тРНК. Вирусы адаптируются к этому: папилломавирус использует те синонимичные кодоны, которые характерны для кератиноцитов, а вирус иммунодефицита человека 1 перепрограммирует экспрессию тРНК в зараженной клетке.

Ученые из Центра геномной регуляции (Барселона, Испания) проанализировали 502 вируса человека и данные по экспрессии тРНК в разных тканях. Согласно базе данных ViralZone, 228 вирусов поражают нейроны, иммунные клетки, дыхательные пути, гепатоциты, кишечник и эпителиальные клетки. Для остальных вирусов подобной информации авторам найти не удалось. Для соответствующих 6087 вирусных белков исследователи посчитали индекс RCU (relative codon usage), который показывает, как часто используется тот или иной синонимичный кодон. Согласно этому значению, вирусы распределили в группы, соответствующие тропизму к различным тканям.

Адаптацию вирусов к поражаемой ткани анализировали с помощью оценки адаптации спроса и предложения (Supply‐to‐Demand Adaptation, SDA). SDA определяется как баланс между предложением (числом изоакцепторных тРНК) и спросом (используемыми в мРНК кодонами) для каждого кодона. Ученые использовали также информацию об экспрессии в 620 образцах тканей здоровых людей из базы данных The Cancer Genome Atlas. Для каждого вируса была проведена оценка SDA в разных тканях. Затем использовалось машинное обучение, чтобы прогнозировать склонность вируса заражать определенные ткани. Оказалось, что SDA действительно хорошо предсказывает, какую ткань поражает вирус.

К ткани лучше адаптировались гены вирусных белков, связаных с репликацией и транскрибируемых в первую очередь. Гены структурных белков, экспрессирующихся позднее, адаптировались в меньшей степени. Это связано с тем, что на поздних этапах заражения вирус захватывает контроль над клеткой и перепрограммирует экспрессию тРНК. Доказательство ученые нашли, анализируя зараженные вирусами клеточные линии.

Исследователи обратили особое внимание на адаптацию SARS-CoV-2. По их оценке, вирус лучше всего адаптирован к верхним дыхательным путям и альвеолам, а также к желудочно-кишечному тракту и мозгу.

Ксавьер Эрнандес, первый автор исследования, отмечает, что полученные результаты важны для медицины: «Вирусы используются в генной терапии для лечения генетических заболеваний и, если мы хотим исправить мутацию в определенной ткани, мы должны модифицировать вирус так, чтобы он был оптимальным для этой конкретной ткани».