Когда риновирус, наиболее частая причина простуды, поражает слизистую оболочку носовых ходов, наши клетки объединяются, запуская целый арсенал противовирусных механизмов. В статье, опубликованной в журнале Cell Press Cell Press Blue, исследователи демонстрируют, как клетки в носу взаимодействуют, чтобы защитить нас от простуды. Ученые предполагают, что именно защита организма от риновируса, а не сам вирус, обычно определяет, заболеем ли мы и насколько тяжёлыми будут симптомы.
«Риновирусы являются основной причиной простуды и проблем с дыханием у людей, страдающих астмой и другими хроническими заболеваниями лёгких, — говорит старший автор исследования Эллен Фоксман из Йельской школы медицины. — Это исследование позволило изучить слизистую оболочку носа человека и понять, что происходит во время риновирусной инфекции на клеточном и молекулярном уровнях».
Для этого ученые вырастили в лаборатории человеческую носовую ткань. Они культивировали стволовые клетки носовой ткани человека в течение 4 недель, подвергая их воздействию воздуха. В таких условиях стволовые клетки дифференцировались в ткань, содержащую множество типов клеток, которые встречаются в носовых ходах и дыхательных путях лёгких человека, в том числе клетки, вырабатывающие слизь, и клетки с ресничками — подвижными структурами, похожими на волоски, которые выталкивают слизь из лёгких.
«Эта модель гораздо точнее отражает реакции человеческого организма, чем обычные клеточные линии, используемые в вирусологических исследованиях, — говорит Фоксман. — Поскольку риновирус вызывает заболевание только у людей, а не у других животных, органотипические модели человеческих тканей особенно ценны для изучения этого вируса».
Модель позволила изучить скоординированные реакции тысяч отдельных клеток одновременно и проверить, как эти реакции меняются, когда блокируются клеточные сенсоры, обнаруживающие риновирус. Таким образом, исследователи наблюдали за защитным механизмом, который сдерживает риновирусные инфекции и координируется интерферонами — белками, блокирующими проникновение вирусов и их репликацию.
При обнаружении риновируса клетки слизистой оболочки носа вырабатывают интерфероны, которые запускают скоординированную противовирусную защиту инфицированных и соседних клеток, делая среду непригодной для репликации вируса. Если интерфероны начинают действовать достаточно быстро, вирус не может распространиться. Когда исследователи экспериментальным путём предотвратили эту реакцию, вирус быстро заразил гораздо большее количество клеток, что привело к повреждению, а в некоторых случаях и к гибели инфицированных органоидов.
«Наши эксперименты показывают, насколько важна и эффективна быстрая реакция интерферона в борьбе с риновирусной инфекцией, даже при отсутствии клеток иммунной системы», — говорит первый автор исследования Бао Ван.
Исследование также выявило другие реакции на риновирус, которые возникают при усилении репликации вируса. Например, риновирус может активировать другую систему восприятия, которая заставляет инфицированные и неинфицированные клетки синергетически вырабатывать избыточное количество слизи, усиливать воспаление и иногда вызывать проблемы с дыханием в лёгких. По мнению исследователей, эти реакции могут стать хорошими мишенями для борьбы с риновирусной инфекцией и стимулирования здоровой противовирусной реакции.
Команда признает, что используемые органоиды содержат ограниченное количество типов клеток по сравнению с теми, что есть в организме, поскольку в организме инфекция привлекает другие клетки, в том числе из иммунной системы, для защиты от риновирусной инфекции. Следующим шагом в работе будет изучение того, как другие типы клеток и факторы окружающей среды в носовых ходах и дыхательных путях влияют на реакцию организма на инфекцию.
«Исследование расширяет представление о том, что реакция организма на вирус, а не свойства самого вируса, играет ключевую роль в определении того, вызовет ли вирус заболевание и насколько тяжелым оно будет, — говорит Фоксман. — Воздействие на защитные механизмы — перспективное направление для разработки новых методов лечения».
[Фото: Julien Amat & Bao Wang]
