Вирус Зика стал смертельно опасным после появления единственной мутации
Китайские биологи показали, что способность вируса Зика поражать мышиные и человеческие клетки-предшественницы нейронов резко повысилась после возникновения единственной мутации в его геноме. В результате инфицирование вирусом стало приводить к более тяжелой форме микроцефалии у зародышей и более высокой смертности у новорожденных мышат. Исследование опубликовано в Science.
Вирус Зика впервые был обнаружен в 1947 году у макак резусов, обитавших в лесу Зика в Уганде. В последующие десятилетия в странах Африки и Юго-Восточной Азии было зафиксировано несколько случаев заражения вирусом людей. Тяжелых последствий болезнь не вызывала. Позднее исследователи выяснили, что вирус Зика циркулировал и в Африке, и в Юго-Восточной Азии в течение десятилетий, не вызывая никаких симптомов. После вспышек 2013-2014 годов во Французской Полинезии вирус быстро распространился в странах Центральной и Южной Америки. В начале 2016 года появились данные о том, что вирус Зика может вызывать микроцефалию у новорожденных, если их матери перенесли инфекцию во время беременности. Он поражает клетки-предшественницы нейронов головного мозга, вызывая их гибель.
Генетические исследования вируса показали, что сейчас можно выделить две его разновидности: африканскую и азиатскую. Вирус, который вызвал эпидемию в Южной Америке и на островах Тихого океана, по-видимому, произошел от азиатского предка. Авторы нового исследования задались вопросом, почему риск возникновения микроцефалии не распознали раньше, в те десятилетия, когда вирус циркулировал в Азии. Или в течением времени вирус мутировал и стал представлять серьезную опасность после возникновения каких-то мутаций?
Чтобы прояснить этот вопрос, ученые исследовали три культуры вирусов, выделенных в 2015-2016 годах и сравнили их с «родительским» азиатским вирусом, полученным в 2010 году в Камбодже. Исследователи вводили в мозг однодневных мышат разные культуры вируса Зика и наблюдали за последствиями.
Оказалось, что все три культуры 2015-2016 годов приводили животных к смерти в 100 процентах случаев. Вирус, выделенный в 2010 году, оказался менее инфективным — погибли только 16,7 процентов зараженных им мышат.
Затем исследователи решили выяснить, приводит ли заражение современными культурами вируса к микроцефалии. Они делали инъекции вирусных культур 2016 и 2010 годов мышиным эмбрионам, и через несколько дней смотрели, изменился ли у эмбрионов размер мозга. Оказалось, что инфицирование животных культурами вируса 2016 года приводило к микроцефалии, при этом сильно уменьшалась кора головного мозга. Вирус 2010 года тоже вызывал микроцефалию, но в меньших масштабах. Также исследователи выяснили, что вирус 2016 года «размножался» в мозге активнее, чем вирус 2010 года, и вызывал гибель бóльшей части клеток.
Тогда авторы статьи сравнили последовательности геномов современных вирусов и их азиатского вируса-предшественника. Они построили филогенетическое дерево вируса Зика за 2006-2016 годы и обнаружили несколько единичных мутаций, появившихся за это время. Затем исследователи сконструировали вирусы, несущие по одной мутации каждый, и заразили ими новорожденных мышат. Оказалось, что наиболее вирулентным был один из мутантов, с заменой аминокислоты серина на аспарагин в 139 положении цепи структурного белка prM. Обратная замена в мутантном вирусе — аспарагина на серин — приводила к уменьшению его инфективности и уменьшению смертности животных.
Ученые подтвердили эти результаты на культуре клеток-предшественниц нейронов, полученных из эмбриональных стволовых клеток человека. Также авторы работы показали на мышиных эмбрионах, что мутантный вирус Зика приводит к более тяжелой форме микроцефалии, чем вирус 2010 года, а обратная мутация уменьшает последствия заражения.
Согласно расчетам авторов исследования, азиатский вирус Зика «обзавелся» опасной мутацией в период с ноября 2012 до октября 2013 годов, незадолго до вспышки заболевания во Французской Полинезии. Затем эта же разновидность вируса распространилась в Южной и Центральной Америке.
Ранее корейскими и американскими учеными была создана экспериментальная вакцина против вируса Зика. В июне 2016 года управление по лекарствам и продуктам США (FDA) одобрило проведение клинических испытаний этой вакцины. А недавно исследователи использовали вирус Зика для лечения агрессивной раковой опухоли мозга — глиобластомы. Вирусные частицы заражают не здоровые клетки нервной ткани, а стволовые клетки опухоли. Поэтому использование ослабленного вируса в сочетании с химиотерапией позволило значительно уменьшить размеры глиобластомы.
Екатерина Русакова
И еще четырех видов опухолей
Британские и датские иммунологи обнаружили на цитотоксических T-лимфоцитах рецептор, узнающий одновременно три разных опухолевых антигена. Пациент, у которого были обнаружены эти Т-клетки, смог достичь полной ремиссии меланомы четвертой клинической стадии. Такое строение T-клеточных рецепторов не дает клеткам опухоли ускользнуть от противоопухолевого иммунитета. Похожие типы Т-клеточных рецепторов есть и у здоровых людей, но их роль в противоопухолевом иммунитете пока неясна. Исследование опубликовано в виде статьи в журнале Cell. Клеточная терапия онкологических заболеваний направлена на введение в организм Т-лимфоцитов, узнающих фрагменты белков опухоли, выставляемые клетками на поверхности белков главного комплекса гистосовместимости (HLA-антигенов). Она позволяет добиться ремиссии во многих случаях, при которых другие виды лечения неэффективны. Но врачи часто сталкиваются с ускользанием опухолевого клона от такого иммунитета. Иногда достаточно нескольких месяцев, чтобы опухолевые клетки перестали экспрессировать маркер, который должны были узнавать лимфоциты. Хотя большинство Т-лимфоцитов узнают один эпитоп, некоторая часть из многообразия Т-клеточных рецепторов, образующихся в процессе созревания Т-клеток, узнает не один, а сразу несколько антигенов. Такие клетки есть и у здоровых людей, и у пациентов с аутоиммунными болезнями. Рецепторы, нацеливающие иммунную систему сразу на несколько молекул-мишеней, могли бы повысить эффективность клеточной терапии. Ведь даже если с поверхности опухоли исчезнет один антиген, то иммунный ответ против второго сохранится, и лечение останется эффективным. Шаг в сторону использования этого принципа в терапии сделала группа онкологов и иммунологов из Великобритании и Дании под руководством Эндрю К. Сьюэлла (Andrew K.Sewell) из Университета Кардиффа. На протяжении последних 15 лет они занимаются клеточной терапией меланомы. В рамках клинических исследований врачи забирали у пациентов клетки крови, отбирали среди них Т-лимфоциты, тропные к меланоме, и после культивации in vitro вводили клетки обратно пациентам. В одном из исследований, проведенном в 2011-2014 годах, участвовал пациент с четвертой клинической стадией меланомы, у которого клеточная терапия позволила добиться десятилетней ремиссии болезни (обычно же медианная продолжительность жизни с момента постановки диагноза у таких пациентов не превышает года). Ученые решили детально исследовать, с какими особенностями Т-клеточного ответа это было связано. Как выяснили иммунологи, почти вся противоопухолевая активность лимфоцитов пациента была связана одним лимфоцитарным клоном (его обозначили MEL8), который реагировал in vitro не только на меланому, но и на клетки острого миелолейкоза, опухоли молочной, предстательной и поджелудочной железы от других пациентов с таким же типом HLA-антигена (гаплотип HLA A*02:01, наиболее распространенный в мире). Это было неожиданно, ведь рецепторы этих Т-клеток чувствительны к белку мелану A, специфичному для меланоцитов и происходящих от них опухолей (включая меланому). Авторы создали библиотеку из 936 миллиардов декапептидных последовательностей и оценили in silico сродство рецепторов MEL8 к олигопептидам, связанным с HLA A*02:01. Такой скрининг позволил отобрать 500 пептидов, представленных в протеоме человека. Три из них — участки белков мелана А, BST2 и IMP2 — имели сродство к Т-клеточному рецептору MEL8 in vitro и при этом экспрессировались меланомой. У всех трех декапептидных последовательностей нашлась гомология и на уровне аминокислотной последовательности, и на уровне третичной структуры, что было подтверждено рентгеноструктурным анализом. Т-клетки, у которых есть рецепторы, тропные одновременно к мелану А, IMP2 и BST2, были обнаружены у здоровых добровольцев и у одного пациента с хроническим лимфолейкозом, но их количество было невелико. Обнаруженный вид поливалентного рецептора можно использовать и для лечения других пациентов: исследователи секвенировали последовательность Т-клеточного рецептора и трансдуцировали этой последовательностью другие линии лимфоцитов в рамках своих экспериментов. Следовательно, есть предпосылки для создания эффективной клеточной терапии опухолей или противоопухолевой вакцины. Впрочем, пока невозможно говорить, насколько безопасной было бы такое лечение, ведь исследование британских и датских ученых основано лишь на единичных наблюдениях пациентов с опухолями. Кроме того, распознавание эпитопов Т-клеточным рецептором зависит от варианта HLA.антигена, имеющегося у данного конкретного человека, и распространенность полимодальных Т-клеточных рецепторов у носителей разных вариантов HLA может отличаться. Даже сильного иммунного ответа против клеток меланомы может оказаться недостаточно для победы над болезнью — на эффективность лечения могут влиять такие факторы, как уровень тестостерона.