Ten artykuł jest rozszerzeniem naszej serii nt supresja immunologiczna przez SARS-CoV-2. Od tego czasu seria została opublikowana jako książka, Naturalna odporność i Covid-19: co to jest i jak może uratować ci życie. Jest również dostępny do czytania moja strona internetowa.

Jednym z kluczy do szybkiego rozprzestrzeniania się i globalnej trwałości SARS-CoV-2 jest jego zdolność do unikania i tłumienia naszego układu odpornościowego. Chociaż inne wirusy również stosują różne taktyki i sztuczki, SARS-CoV-2 jest szczególnie przebiegły. Dodając do stale rosnącej listy, naukowcy z Perelman School of Medicine na University of Pennsylvania odkryli niedawno inną taką strategię SARS-CoV-2: naśladowanie ludzkich białek histonowych. Opublikowane w Natura, Lee i in. pokazują, że jedno z białek pomocniczych wirusa — ORF8 — naśladuje białko histonowe gospodarza H3, zakłócając regulację genów komórkowych i obronę immunologiczną.

Większość żywych komórek ma chromosomy w jądrze. Są to nitkowate struktury zbudowane z długich, cienkich włókien DNA. Niosą informację genetyczną w postaci genów, co umożliwia dokładne kopiowanie komórek podczas podziału komórki. Co ważne, nici DNA są pokryte białkami opakowaniowymi znanymi jako histony (ryc. 1). Pomyśl o nich jak o genetycznych przełącznikach włączania/wyłączania: im ciaśniej upakowane histony, tym trudniej jest odczytać DNA, a im luźniejsze upakowanie, tym łatwiej. Pozwala to komórkom regulować ekspresję genów, w tym genów związanych z naszą odpowiedzią immunologiczną. Połączone włókna DNA i białka histonowe są znane jako chromatyna.

Wcześniejsze badania wykazały, że SARS-CoV-2 może utrudniać regulację chromatyny, prowadząc do osłabienia komórkowych odpowiedzi przeciwwirusowych. Ale dokładny mechanizm pozostał słabo poznany.

Lee i in. podejrzenie mimikry histonów może odgrywać pewną rolę.

Mistrz personifikacji: ORF8 naśladuje histon H3

Aby zbadać swoje przeczucie, naukowcy przeprowadzili bioinformatyczne porównanie wszystkich białek SARS-CoV-2 ze wszystkimi ludzkimi białkami histonowymi. Zauważyli, że sekwencja genetyczna wirusowego białka pomocniczego ORF8 ma uderzające podobieństwo do sekwencji znajdującej się w regionie ogona histonu H3 – jednego z pięciu głównych histonów. Sprawcy? Sześć reszt aminokwasowych: alanina, arginina, lizyna, seryna, alanina i prolina (ryc. 2). Stwierdzono, że pierwsze cztery z nich powtarzają się w drugim miejscu w regionie ogona histonu H3.

Motyw genetyczny ARKS jest dobrze znany jako ważne miejsce regulacji genów w obrębie histonu H3. Przypomnij sobie, że histony działają jak przełączniki włączania/wyłączania ekspresji genów. Są włączane lub wyłączane przez enzymy poprzez dodanie grup molekularnych; grupy acetylowe „włączają” DNA, grupy metylowe „wyłączają” DNA.

Podczas infekcji wirusowej układ odpornościowy polega na takiej regulacji potranslacyjnej, aby zorganizować skuteczną odpowiedź obronną — modulować stan zapalny, rekrutować odpowiednie komórki odpornościowe i tak dalej. Zakłócasz ekspresję genów za pośrednictwem histonów i możesz zakłócać reakcje przeciwwirusowe. ORF8, naśladując histon H3, może właśnie to robić.

Chromosomy znajdują się w jądrze komórkowym. Ale rzadko zdarza się, aby białka SARS-CoV-2 i białka koronawirusa jako całość mogły dostać się do jądra. Gdyby ORF8 naśladował histon H3, musiałby być w stanie wejść do jądra. Aby dowiedzieć się, czy ORF8 spełnia ten warunek wstępny, Lee i współpracownicy wystawili ludzkie komórki na działanie ORF8. Rzeczywiście, odkryli, że wirusowe białko może przedostać się do jądra komórkowego. Po wejściu do środka ORF8 wchodził w interakcję z chromatyną i histonem H3, modyfikując ekspresję genów. To samo białko ORF8 z usuniętym motywem ARKS również przedostało się do jądra, ale wykazywało jedynie osłabioną zdolność wiązania chromatyny.

Naukowcy zauważyli, że enzym zwany acetylotransferazą histonową KAT2A, powszechnie określany jako KAT2A, oddziałuje z motywem ARKS w ORF8. Zwykle enzym ten oddziałuje z histonem H3, dodając grupę acetylową do aminokwasu lizyny w motywie ARKS – włączając „włączenie” niektórych genów. Robił to samo z motywem ARKS z ORF8. W rzeczywistości, gdy do komórek dodano ORF8, poziomy KAT2A dramatycznie spadły. Lee i in. spekulują, że ORF8 degradował enzym po związaniu się z nim, zapobiegając interakcji enzymu z zamierzonym celem, histonem H3.

Spadek KAT2A był związany ze zmniejszeniem ekspresji aktywnego genu; modyfikacje histonów, które zwykle włączają te geny, nie miały miejsca, ponieważ ORF8 z powodzeniem przekierowywał ruch. Zamiast tego histony stały się bardziej upakowane, a transkrypcja DNA — proces, w którym DNA jest kopiowane do RNA w celu produkcji białek — również uległa zmniejszeniu.

A co z SARS-CoV-2?

OFR8 w izolacji wywoływał takie efekty, ale czy miałby taki sam efekt podczas żywej infekcji SARS-CoV-2? Aby to sprawdzić, naukowcy zainfekowali ludzkie komórki wirusem SARS-CoV-2 typu dzikiego. Tak jak poprzednio, ORF8 zdołał zakłócić ekspresję genów związanych z histonami. Natomiast zmodyfikowany SARS-CoV-2 pozbawiony genu ORF8 nie był w stanie zakłócić transkrypcji. Wersja wirusa zawierająca gen ORF8, ale zmodyfikowana w taki sposób, że brakowało motywu ARKSAP, również nie ingerowała w ekspresję genów.

W porównaniu ze szczepem typu dzikiego, szczep całkowicie pozbawiony ORF8 miał niższą szybkość replikacji. Co ciekawe, szczep ze zmodyfikowaną ORF8 pasował do wirusa typu dzikiego. Jest to zgodne z wcześniejszymi badaniami wskazującymi, że ORF8 ma wiele różnych sposobów pomagania SARS-CoV-2 w tłumieniu i unikaniu odporności.

Oprócz wpływu na szybkość replikacji, modyfikacja ORF8 wpływa również na transkrypcję w komórce gospodarza: wszystkie trzy szczepy indukowały różne odpowiedzi transkrypcyjne, ale tylko szczep typu dzikiego był w stanie naśladować histon H3 i zakłócać chromatynę komórki gospodarza.

Implikacje

Ta praca autorstwa Lee i in. przyczynia się do rosnącej liczby badań nad zdolnościami immunosupresyjnymi i immunosupresyjnymi SARS-CoV-2. Powinno to służyć przypomnieniu nam dwóch krytycznych punktów.

Po pierwsze, chociaż białko szczytowe jest niezbędne do infekcji — w końcu jest to główny punkt kontaktu między wirusem a komórką gospodarza — w żadnym wypadku nie jest jedynym istotnym białkiem wirusowym; SARS-CoV-2 ma niezliczoną ilość białek pomocniczych, z których wiele ma namacalny wpływ na proces infekcji. Abyśmy nie pozwolili wirusowi uzyskać nad nami przewagi, musimy być dobrze poinformowani o całym genomie wirusa.

W szczególności ORF8 okazał się szwajcarskim nożem do blokowania układu odpornościowego SARS-CoV-2. Oprócz swojej roli w naśladowaniu histonów, to także:

1. Stymuluje lizosomalną degradację głównych cząsteczek kompleksu zgodności tkankowej typu I (MHC-I) — pomyśl o nich jako o nagłych wybuchach, które przyczepiają się do powierzchni komórek, ostrzegając pobliskie komórki odpornościowe o infekcji. ORF8 przejmuje szlak inicjacji autofagii Beclin 1, prowadząc do autofagii MHC-I. W rezultacie zainfekowane komórki pozostają niewidoczne dla układu odpornościowego, co zmniejsza prawdopodobieństwo ich zniszczenia i umożliwia ciągłą replikację wirusa.
2. Antagonizuje szlak sygnałowy genu indukowanego kwasem retinowym I (RIG-I) i białka 5 związanego z różnicowaniem czerniaka (MDA-5), celując w HSP90B1, białko opiekuńcze, które pomaga fałdować różne receptory toll-podobne (TLR). To hamuje produkcję interferonów typu 1 (IFN-I), zbioru białek sygnałowych, które odgrywają istotną rolę w organizowaniu odpowiedzi immunologicznych. Obniżenie IFN-I pomaga poprawić replikację wirusa we wczesnych stadiach infekcji.
3. Udaje mu się uniknąć degradacji w retikulum endoplazmatycznym (ER) poprzez tworzenie kompleksów dwusiarczkowych z rezydującymi białkami ER. Retikulum endoplazmatyczne to miejsce, w którym nowo zsyntetyzowane białka są składane w kształt; podczas infekcji wirusowej jest kluczowym składnikiem składania i dojrzewania wirionów. Tworząc kompleksy dwusiarczkowe, ORF8 przebudowuje morfologię retikulum endoplazmatycznego, przyspieszając transport białek z retikulum endoplazmatycznego do aparatu Golgiego. Może to pomóc przyspieszyć składanie i dojrzewanie wirionów.
4. I wreszcie, ORF8 naśladuje interleukinę gospodarza 17 (IL-17) — rodzinę prozapalnych białek sygnałowych. ORF8 wiąże się z głównym receptorem interleukiny 17, zwanym receptorem IL-17 A (IL17RA), aktywując szlak sygnałowy IL-17 i wywołując stan zapalny. Zapalenie wywołane ORF8 jest siłą napędową infiltracji komórek odpornościowych i uszkodzenia płuc, w tym zwłóknienia i rozregulowania krzepnięcia. Warianty SARS-CoV-2 pozbawione ORF8 są związane z łagodniejszą infekcją i lepszymi wynikami choroby.

To prowadzi nas do drugiej ważnej implikacji: aby skutecznie zakłócić mechanizm wirusowy, musisz go najpierw zrozumieć. Im więcej wiemy o SARS-CoV-2, tym lepiej możemy projektować leki i interwencje terapeutyczne. Poszerzając naszą wiedzę na temat interakcji wirus-gospodarz, zaczynamy ujawniać obszary potencjalnych słabości, mnożąc nasze cele.