Гигантские вирусы заподозрили в наличии энергетического метаболизма
Французские исследователи экспериментально показали, что для гигантских пандоравирусов характерны некоторые реакции клеточного энергетического метаболизма. В частности, у них обнаружили активность одного из ферментов метаболизма углерода и способность создавать протонный градиент на мембране. Эти данные требуют пересмотра концепции вирусов в целом или выделения гигантских вирусов в отдельную группу, считают авторы препринта на bioRxiv.
Гигантские вирусы, открытые в 2003 году, принципиально отличаются от «классических» вирусов огромным размером частиц, сопоставимым с размером бактерий, и большим размером генома. Все описанные на сегодняшний день гигантские вирусы паразитируют на амебах, однако генетический анализ позволяет предположить, что у них может быть некоторая степень автономии от своего хозяина. Так, анализ генома гигантского тупанвируса показал наличие вполне развитого аппарата трансляции белка: для реализации информации, закодированной в матричной РНК, ему не хватает только рибосом.
Самые большие известные вирусы относятся в группе пандоравирусов. Первый из них, Pandoravirus salinus, был открыт в 2013 году и привлек внимание своим огромным геномом размером в два с половиной миллиона пар оснований, — всего в два раза меньше, чем у кишечной палочки E. coli. Другой интересной особенностью оказалось отсутствие генов, кодирующих белки капсида, то есть классической вирусной оболочки. Вместо капсида у зрелых частиц пандоравирусов есть аналог мембраны, под которой располагается многослойная оболочка, по-видимому, состоящая из целлюлозы.
Мембраны играют ключевую роль в энергетическом метаболизме живых клеток. Например, создание разности потенциалов в форме протонного градиента на мембране митохондрии позволяет перевести ее в химическую форму и синтезировать молекулы АТФ — универсальную энергетическую валюту клеток.
В новой работе исследователи из Университета Экс-Марсель под руководством Бернарда Ла Сколы (Bernard La Scola) и Дидье Рауля (Didier Raoult) получили доказательства того, что у некоторых гигантских вирусов, возможно, есть частично автономный энергетический метаболизм — у них нашли аналоги ферментов цикла трикарбоновых кислот (он же цикл Кребса) и способность создавать протонный градиент на мембране.
Биологи исследовали недавно описанный в их лаборатории гигантский вирус Pandoravirus massiliensis, и обнаружили, что мембрана зрелых частиц способна к накоплению протонного градиента. Ученые красили зараженные вирусами клетки амеб митохондриальным красителем MitoTracker, который начинает светиться при наличии электроградиента на мембранах. Оказалось, что сигнал красителя также колокализуется с вирусными частицами внутри амебы, которые пометили флуоресцентными антителами. Эксперимент воспроизвелся также на изолированных вирусных частицах и с другим красителем. Кроме того, флуоресценция красителя усиливалась при добавлении универсального «сырья» для продукции АТФ — ацетил-КоА. Таким образом, мембрана пандоравирусов, по-видимому, выполняет и энергетическую функцию.
С помощью биоинформатического анализа ученые обнаружили в геноме вируса восемь генов со слабым сходством с генами ферментов цикла трикарбоновых кислот. Такая последовательность реакций «прокручивает» упомянутую молекулу ацетил-КоА с образованием восстановленных переносчиков протонов, которые затем передают их на мембрану. Оказалось, что шесть из восьми этих генов экспрессируются одновременно, в конце цикла развития вируса. Однако синтез рекомбинантных ферментов, соответствующих этим генам, в клетках кишечной палочки, показал, что только один из них действительно обладает соответствующей активностью — это оказалась изоцитратдегидрогеназа.
Зачем пандоравирусам нужен энергетический метаболизм, не совсем понятно — следов синтеза АТФ в зрелых частицах исследователи не обнаружили. На примере других гигантских вирусов, у которых биоинформатически также были обнаружены гены метаболизма углерода, можно предположить, что так они могут корректировать работу клеточных систем хозяина.
Кроме того, происхождение этих генов тоже не ясно. С одной стороны, они могут быть заимствованы у хозяина, однако некоторые группы гигантских вирусов отличаются геномами, где большинство генов не имеет хорошей гомологии с известными последовательностями (об одном таком вирусе мы уже писали). Этот факт породил гипотезу о том, что гигантские вирусы (пандоравирусы, в частности) — это своебразные «фабрики новых генов», что делает их крайне интересными объектами с точки зрения исследования процессов эволюции.
Дарья Спасская
Благодаря лекарствам гормоны перестали мешать иммунитету бороться с опухолью
Японские ученые описали механизм, благодаря которому лекарства, блокирующие работу эстрогенов, подавили развитие опухолей, не имеющих альфа-рецепторов к эстрогенам. Анализ данных от пациенток с трижды негативным раком молочной железы и эксперименты на мышах показали, что антиэстрогенные препараты снижают иммуносуппрессивное действие эстрогенов в отношении противоопухолевых цитотоксических лимфоцитов. Использование антиэстрогенных препаратов у мышей с опухолями, нечувствительными к эстрогенам, помогло замедлить рост опухолей. Исследование опубликовано в журнале British Journal of Cancer. Эстрогены называют женскими половыми гормонами, но они влияют не только на созревание и работу женской половой системы, но и практически на все органы и системы мужского и женского организма, включая мозг, эпителии, костную ткань и иммунную систему. В эпителиальных клетках молочных желез и женской половой системы есть альфа-рецепторы к эстрогенам, регулирующие рост и дифференцировку в разные фазы менструального цикла. Такие же рецепторы есть и во многих опухолевых клетках: примерно три четверти раков молочной железы экспрессируют альфа-рецепторы, а блокада рецепторов и блокада выработки эстрогенов лежат в основе лечения пациенток (и пациентов). В течение последних 30 лет появляются наблюдения, согласно которым опухоли молочной железы, не экспрессирующие альфа-рецепторы, иногда тоже реагируют на лечение антиэстрогенными препаратами, но механизм этого феномена оставался неясен. Иммунологи и биоинформатики из Университета Хоккайдо во главе с Кэн-итиро Сэйно (Ken-ichiro Seino) описали механизм действия антиэстрогенных препаратов на опухоли, лишенные альфа-рецепторов. Для начала они оттолкнулись от датасета TCGA, в котором содержалась информация о транскриптоме трижды негативного рака молочной железы у 171 пациентки. Ученые выяснили, что чем выше активность гена HSD17B1 в опухоли (ген кодирует фермент, превращающий малоактивный гормон эстрон в активный гормон эстрадиол), тем меньше в опухолевых массах цитотоксических Т-лимфоцитов (r = −0,299, p = 0,00006). У пациенток с высокой экспрессией фермента болезнь протекала агрессивнее. Ученые смоделировали на мышах, как влияет высокий уровень эстрогенов на противоопухолевый иммунитет. Они вводили самкам мышей опухолевые клетки из двух линий, не имеющих альфа-рецепторов к эстрогенам (мышиный трижды негативный рак молочной железы и мышиный колоректальный рак). Половине животных ученые удалили яичники перед введением клеток. У таких мышей уровень эстрогенов был ниже, чем в контрольной группе, но выживаемость была лучше, а опухоли росли медленнее. Если мышам с опухолями и нормально функционирующими яичниками вводить препараты, подавляющие образование эстрогенов (анастрозол) или блокирующие альфа-рецепторы (тамоксифен, фульвестрант), то количество цитотоксических лимфоцитов в опухоли становилось выше, причем эффект не был связан с дополнительными рецепторами к гормонам, которые часто обнаруживают у трижды негативного рака. Лимфоциты, инфильтрирующие опухоль, становились активнее под действием лекарств: в опухоли повышался уровень интерферона гамма и цитотоксических молекул, вырабатываемых активированными лимфоцитами. Когда ученые попытались лечить мышей с трижды негативным раком молочной железы комбинацией химиопрепаратов и фульвестранта, то добавление антиэстрогенной терапии снижало скорость прогрессирования опухоли в 2,5-5 раз. Эксперименты на культуре клеток показали, что активация рецепторов к эстрогенам на лимфоцитах снижает их противоопухолевую активность — подавляет выработку клетками интерлейкина второго типа и активность сигнального пути JAK-STAT (о том, какое отношение он имеет к воспалению, мы рассказывали на примере мышечной ткани). Работа ученых из Университета Хоккайдо показывает: если у давно известного лекарства нет мишени в опухолевых клетках, то это не значит, что лекарство не будет эффективным. Плейотропные эффекты антигормональных препаратов могут быть полезны в иммуноонкологии, но пока рано говорить о том, что связь между эстрогенами и противоопухолевым иммунитетом окончательно расшифрована (в ряде случаев она, видимо, и вовсе работает в противоположном направлении). Тем не менее некоторые антиэстрогенные препараты уже целенаправленно исследуют в лечении эстрогеннегативных опухолей. В онкологии много примеров, когда врачи извлекают пользу из лекарства, которое на первый взгляд не должно было работать. Один из самых ярких примеров — талидомид, у которого в последнее время находят все больше положительных эффектов. О нелегкой судьбе соединения читайте в материале «Готов искупить».