В рамках многогруппового сотрудничества с участием национальных лабораторий новых инфекционных заболеваний (NEIDL), Центра регенеративной медицины (CReM) и центра сетевой системной биологии (CNSB) ученые представили первую карту молекулярных реакцию клетки легких человека на инфекцию SARS-CoV-2.
Объединив биоинженерные альвеолярные клетки человека со сложной высокоточной технологией масс-спектрометрии, исследователи Бостонской Медицинской школы (BUSM) идентифицировали белки-хозяева и пути в клетках легких, уровни которых изменяются при заражении SARS-CoV-2, что дает представление о патологии заболевания и новых терапевтических мишенях для блокирования COVID-19.
Клетки легких против COVID-19
Они обнаружили, что важнейший тип модификации белка, называемый «фосфорилированием», становится аберрантным в этих инфицированных клетках легких. Фосфорилирование белков играет важную роль в регуляции функции белков внутри клеток организма, и как обилие белков, так и фосфорилирование белков обычно являются высоко контролируемыми процессами в случае нормальных/здоровых клеток.
Однако специалисты обнаружили, что SARS-CoV-2 приводит клетки легких в беспорядок, вызывая аномальные изменения в количестве белка и частоте фосфорилирования белка внутри этих клеток. Эти аномальные изменения помогают вирусу размножаться и в конечном итоге разрушают клетки. Разрушение инфицированных клеток может привести к широкому поражению легких.
По словам исследователей, как только SARS-CoV-2 попадает в клетки легких, он быстро начинает использовать основные ресурсы клетки, которые в противном случае необходимы для нормального роста и функционирования клетки.
Вирус использует эти ресурсы для размножения, избегая атаки иммунной системы организма. Таким образом, образуются новые вирусы, которые впоследствии выходят из истощенной и жестоко поврежденной клетки легких, оставляя их для самоуничтожения.
Эти новые вирусы затем заражают другие клетки, где повторяется тот же цикл», — объясняет автор-корреспондент Эндрю Эмили, доктор философии, профессор биохимии в BUSM.
Что происходит после после заражения SARS-CoV-2
Учёные исследовали альвеолярные клетки легких от одного до 24 часов после заражения SARS-CoV-2, чтобы понять, какие изменения происходят в клетках легких сразу (через один, три и шесть часов после заражения SARS-CoV-2) и какие изменения происходят позже (через 24 часа после заражения).
Затем эти изменения сравнивали с незараженными клетками. Все белки из инфицированных и неинфицированных альвеолярных клеток, соответствующие различным временным точкам, были извлечены и помечены уникальными штрихкодирующими метками под названием «тандемная массовая метка».- Эти метки, которые могут быть точно обнаружены только масс-спектрометром, позволяют точно определить содержание белка и фосфорилирования в клетках.
«Наши результаты показали, что по сравнению с нормальными/неинфицированными клетками легких, инфицированные клетки легких SARS-CoV-2 показали драматические изменения в изобилии тысяч белков и событиях фосфорилирования», — сказал Даррелл Коттон, доктор медицинских наук, профессор патологии и лабораторной медицины в BUSM и директор CReM.
«Более того, наши данные также показали, что вирус SARS-CoV-2 индуцирует значительное количество этих изменений уже через час после заражения и закладывает основу для полного захвата клеток легких хозяина», — добавляет Эльке М.?hlberger, PhD, адъюнкт-профессор микробиологии и главный исследователь в NEIDL.
«Существуют важные биологические особенности, характерные для клеток легких, которые не воспроизводятся другими типами клеток, обычно используемыми для изучения вирусной инфекции», — сказал Эндрю Уилсон, доктор медицинских наук, адъюнкт-профессор медицины в BUSM and CReM investigator. «Изучение вируса в контексте типа клеток, наиболее поврежденных у пациентов, вероятно, даст понимание, которое мы не смогли бы увидеть в других модельных системах.»
Исследователи также проанализировали свои данные, чтобы определить перспективные возможности для лечения COVID-19, и обнаружили, что по крайней мере 18 ранее существовавших клинически одобренных препаратов (разработанных первоначально для других медицинских состояний/заболеваний) могут быть потенциально повторно назначены для использования в терапии COVID-19. Эти препараты показали исключительную способность блокировать пролиферацию SARS-CoV-2 в клетках легких.
Исследователи считают, что эта информация бесценна и прокладывает путь для новой, потенциально перспективной и, что более важно, экономически эффективной и экономящей время терапевтической стратегии борьбы с COVID-19.