Выявлен белок вируса Зика, влияющий на нейрогенез

Вирус Зика относится к семейству Flaviviridae. Его геном состоит из одноцепочечной РНК длиной приблизительно 11 тыс. нуклеотидов. Он кодирует один полипротеин, который разрезается на три структурных и семь неструктурных белков (NS1, NS2A, NS2B, NS3, NS4A, NS4B и NS5). В ходе внутриматочной инфекции вирус таргетирует нейральные клетки-предшественники в мозге плода, приводя к микроцефалии. Вирус Зика реплицируется в цитоплазме, однако было показано, что он нарушает экспрессию тысяч генов клетки-хозяина. Механизм этого явления не до конца понятен. Исследователи из Китая изучили, как вирус Зика регулирует транскриптом хозяина на клетках человека и мышиной модели.

Белок NS5 имеет домен с функцией РНК-зависимой РНК-полимеразы (RdRp), и домен с функцией метилтрансферазы (MTase). Он отвечает за синтез вирусного генома и за кэпирование вирусной РНК. NS5 в основном накапливается в ядре зараженной клетки и имеет сигнал ядерной сигнализации. Если заблокировать ядерный импорт белка, он быстро деградирует, что подавляет репликацию вирусной РНК. То есть ядерная локализация NS5 важна для жизненного цикла вируса, но неясно, почему.

Авторы в первую очередь подтвердили на клетках A549 и U251, что NS5 в основном локализуется в ядре, а другие вирусные белки — в цитоплазме. В ядре NS5 ассоциируется с хроматином, при этом он напрямую связывает двухцепочечную ДНК в его составе. За это отвечает домен MTase.

Домен MTase может связывать гуанозинтрифосфат (GTP) и S-аденозилметионин. Авторы проверили, могут ли эти факторы повлиять на связывание NS5 с ДНК. Оказалось, что GTP действительно может ингибировать это взаимодействие, при этом он делает это лучше, чем ATP, CTP или dGTP.

Чтобы понять биологическую функцию NS5, ученые экспрессировали этот белок в нейральных клетках-предшественниках человека, после чего секвенировали их РНК. Они выявили 1760 дифференциально экспрессируемых генов, среди которых 701 экспрессировался сильнее, а 1059 — слабее в клетках с NS5 по сравнению с контрольными. Согласно Gene Ontology, гены, которые экспрессировались слабее, были задействованы в организации нуклеосом, развитии нейронов, клеточном ответе на интерферон и ДНК-репарации. Гены, которые экспрессировались сильнее, были ассоциированы с инициацией трансляции, метаболическими процессами и РНК-сплайсингом. Данные РНК-секвенирования подтвердили с помощью RT-qPCR. Полученные результаты указывают на то, что NS5 нарушает нормальный гомеостаз нейральных клеток-предшественников человека.

С помощью иммунопреципитации хроматина авторы проанализировали гены, которые NS5 таргетирует напрямую. В основном связывание происходило с телом гена. Дополнительный анализ показал, что NS5 напрямую связывает 856 генов, 182 при этом начинают экспрессироваться сильнее, 674 — слабее. Судя по тому, экспрессию каких генов подавляет NS5, авторы предположили, что этот белок нарушает нейрогенез в клетках-предшественниках.

Но если NS5 связывает тело генов, то как он подавляет их экспрессию? Оказалось, что NS5 блокирует элонгацию транскрипции через комплекс PAF1.

После этого авторы изучили роль NS5 в нейрогенезе. Для этого они проанализировали экспрессию нейральных маркеров, включая Pax6 и Sox2. В клетках с NS5 уровень экспрессии этих маркеров был понижен. Исследователи экспрессировали NS5 в мозге плода беременной мыши. Они отмечали снижение экспрессии нейральных маркеров. Таким образом, NS5 в одиночку может нарушать развитие мозга, влияя на нейрогенез.

Белок NS5 вируса Зика в основном локализуется в ядре зараженной клетки, где он напрямую связывает ДНК хроматина через домен MTase и подавляет транскрипцию факторов, ассоциированных с нейрогенезом. Кроме нейральных клеток-предшественников, вирус Зика заражает также ткани яичек, глаз и плаценты. Авторы рассуждают о том, что как влияет NS5 на клетки этих тканей.

Вирус Зика передается от матери ребенку из-за отложенного интерферонового ответа в плаценте