Сотрудники факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ и НИИ ФХБ имени Белозерского МГУ совместно с коллегами проанализировали данные об экспрессии белков, необходимых для проникновения коронавируса SARS-CoV-2 в клетку, и выяснили, что стволовые клетки могут быть чувствительны к вирусной инфекции. Учёные предполагают, что это может быть одной из причин высокой патогенности нового коронавируса. Результаты исследования могут помочь в понимании патологических процессов при COVID-19 и в поиске путей терапии этого заболевания. Работа опубликована в высокорейтинговом журнале Scientific Reports.
Широко распространённые циркулирующие коронавирусы человека вызывают легкие респираторные заболевания с преимущественным поражением верхних дыхательных путей в виде ринита или ринофарингита (~15% от всех случаев острых респираторных заболеваний). Новый коронавирус SARS-CoV-2, пандемия которого развивается в настоящее время, способен инфильтрировать нижние отделы дыхательного тракта, что приводит к тяжелейшим поражениям тканей легкого, часто заканчивающихся гибелью пациента. Для понимания того, каким образом вирус проникает в нижние отделы дыхательной системы, и поиска способов терапии этого состояния, принципиально важно выявить все типы клеток, которые могут инфицироваться коронавирусом. Простейшим способом, который позволяет предсказать в какие клетки может проникнуть вирус, является анализ экспрессии генов, необходимых для проникновения вируса в клетку.
Первой мишенью вируса является эпителий, который выстилает дыхательные пути (трахею и бронхи) и альвеолы легких. Эпителий на протяжении всей жизни постоянно обновляется за счет немногочисленных стволовых клеток. Потомки стволовых клеток способны превращаться в разные типы клеток, выполняющих различные функции. При повреждении (например, при пневмонии) процессы восстановления эпителия требуют участия особых популяций стволовых клеток, которые не принимают участия в нормальном обновлении эпителия. Повреждения стволовых клеток могут быть причиной нарушений целостности эпителия в нормальных условиях и его способности восстанавливаться после повреждений.
Исследователи из НИИ ФХБ имени А.Н. Белозерского МГУ решили выяснить, могут ли разные типы эпителиальных стволовых клеток инфицироваться SARS-CoV-2. Для этого они провели биоинформатический анализ данных об экспрессии белков, необходимых для проникновения SARS-CoV-2 и других коронавирусов в клетку. Для проникновения в клетку вирус SARS-CoV-2 связывается с мембранным белком ангиотензинпревращающим ферментом 2 (ACE2). Также для входа вируса в клетку необходимы протеиназы TMPRSS2 и FURIN. Выявление всех этих белков возможно с использованием накопленного в базах данных материала по экспрессии генов в разных типах клеток. Пользуясь этими данными можно, в первом приближении, понять, какие клетки и в какой степени могут быть мишенями вируса. Зная функции этих клеток, можно предположить, к каким последствиям приведет их инфицирование и гибель.
Результаты работы свидетельствуют, что стволовые клетки экспрессируют гены, необходимые для проникновения вируса. «Стволовые клетки в ряде случаев могут быть даже более чувствительны к вирусной инфекции, чем окружающие их дифференцированные клетки. Инфицирование стволовых клеток может приводить к нарушениям регенерации эпителия, что, как мы предполагаем, может быть одной из причин высокой патогенности SARS-CoV-2», – рассказала аспирантка факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ Анна Валяева.
В лаборатории ультраструктуры клеточного ядра НИИ ФХБ имени А.Н. Белозерского МГУ продолжаются исследования механизмов развития патологических процессов при COVID-19 с использованием разработанных клеточных моделей. При этом упор делается на изучение эффектов вирусных белков на клетки легочного эпителия и причин высокой патогенности некоторых коронавирусов. «Интересно и одновременно важно понять, что отличает те коронавирусы, которые вызывают не легкие простудные заболевания, а тяжелые болезни. Это может иметь и практическое значение, причем, не только применительно к нынешней пандемии, но и к тем инфекциям, которые могут появиться в будущем», – добавил заведующий лабораторией ультраструктуры клеточного ядра МГУ Евгений Шеваль.
Иллюстрация. Стволовые клетки обеспечивают обновление эпителия дыхательных путей и альвеол легкого в норме и после различных повреждений (вверху). Эти процессы могут быть затруднены в результате инфицирования SARS-CoV-2 (внизу). Евгений Шеваль. МГУ
