Вирусы адаптируются к «языку человеческих клеток», чтобы захватить синтез белка

Первое систематическое исследование такого рода описывает, как человеческие вирусы, включая SARS-CoV-2, лучше приспособлены к заражению определенных типов тканей в зависимости от их способности захватывать клеточные механизмы и синтез белка.

Проведенное исследователями Центра геномной регуляции (CRG), исследование может помочь в разработке более эффективных противовирусных препаратов, генной терапии и вакцин. Работа опубликована в журнале Cell Reports.

Живые организмы производят белки внутри своих клеток. Каждый белок состоит из отдельных единиц аминокислот, которые соединяются в соответствии с инструкциями, закодированными в ДНК. Базовые единицы этих инструкций — кодоны, каждый из которых соответствует определенной аминокислоте. Синонимичный кодон — это когда два или более кодона приводят к производству клеткой одной и той же аминокислоты.

«Разные ткани используют разные языки для производства белков, то есть они предпочтительно используют одни синонимичные кодоны по сравнению с другими. Мы знаем это, потому что тРНК, молекулы, ответственные за распознавание кодонов и присоединение соответствующей аминокислоты, имеют разную концентрацию в разных тканях», — объясняет Ксавьер Эрнандес, первый автор исследования.

Когда вирус заражает организм, ему необходимо захватить механизмы хозяина для производства собственных белков. Исследователи решили выяснить, адаптированы ли вирусы к использованию синонимичных кодонов, которые предпочтительно используются тканями, которые они заражают.

Исследователи загрузили общедоступные белковые последовательности всех известных человеческих вирусов и изучили использование кодонов в них. Основываясь на известной концентрации тРНК в разных тканях, они определили, насколько хорошо адаптированы все 502 вируса, заражающих человека, к инфицированию 23 различных человеческих тканей.

Вирусные белки, экспрессируемые на ранней стадии инфекции, были лучше адаптированы к захвату белкового аппарата хозяина. По словам Ксавьера Эрнандеса, «хорошо адаптированные вирусы начинают с использования предпочтительного языка клетки, но после полного захвата контроля навязывают новый, соответствующий их собственным потребностям. Это важно, потому что вирусы используются в генной терапии для лечения генетических заболеваний, и если мы хотим исправить мутацию в одной ткани, мы должны модифицировать вирус, чтобы он был оптимален для этой конкретной ткани».

Затем исследователи подробно изучили, как различные респираторные вирусы адаптированы к заражению определенных тканей на основе использования кодонов. Они изучили четыре разных коронавируса — SARS-CoV, MERS-CoV, SARS-CoV-2 и коронавирус летучей мыши, наиболее близкий к SARS-CoV-2, — а также вирус гриппа A H1N1.

Они обнаружили, что SARS-CoV-2 адаптировал использование кодонов к легочной ткани, желудочно-кишечному тракту и мозгу. Поскольку это соответствует известным симптомам COVID-19, таким как пневмония, диарея или потеря обоняния и вкуса, исследователи предполагают, что будущие методы лечения и вакцины могут учитывать этот фактор для создания иммунитета в этих тканях.

«Из респираторных вирусов, которые мы подробно изучили, SARS-CoV-2 наиболее сильно адаптирован к захвату аппарата синтеза белка ткани-хозяина, но не более, чем вирус гриппа или коронавирус летучей мыши. Это говорит о том, что другие факторы, помимо эффективности трансляции, играют важную роль в заражении, например, экспрессия рецептора ACE2 или иммунная система», — заключает Ксавьер Эрнандес.

Следующие шаги исследователей включают дальнейшую разработку биотехнологического инструмента для создания оптимизированных белковых последовательностей, содержащих кодоны, адаптированные к интересующей ткани, что может быть полезно для разработки генной терапии.