ВИЧ-инфицированные лимфоциты замаскировались под здоровые клетки и не стали вовремя умирать

Две группы биологов независимо друг от друга объяснили, как ВИЧ-инфицированным лимфоцитам удается сохраняться в организмах больных людей долгие годы — даже если больные проходят антиретровирусную терапию. Для этого ученые проанализировали Т-клетки ВИЧ-инфицированных пациентов, проходящих такое лечение. Оказалось, что зараженные клетки останавливают репликацию вируса, не дают иммунной системе распознать себя как инфицированные и блокируют механизмы клеточной смерти, продлевая себе таким образом жизнь. Обе работы (1, 2) опубликованы в журнале Nature.

Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) принадлежит к семейству ретровирусов, способных при помощи набора собственных белков встраивать свой геном в геном клетки-хозяина. После этого организм не может удалить вирус из геномов зараженных клеток, и он остается в организме человека на всю жизнь. Мишенью ВИЧ являются Т-хелперы, которые отвечают за координацию работы иммунной системы. Заразив эти клетки, вирус нарушает их работу — вследствие чего у чего у ВИЧ-инфицированных людей нарушается нормальное функционирование иммунной системы.

Справляться с ВИЧ пациентам помогает антиретровирусная терапия. Она основана на приеме пациентом набора препаратов, которые блокируют репликацию ВИЧ и таким образом не дают ему размножаться в организме. У людей, проходящих терапию, практически полностью исчезают симптомы заболевания, а в крови значительно меньше вирусной РНК.

Однако несмотря на то, что со временем количество ВИЧ-инфицированных клеток у пациентов, проходящих терапию, уменьшается, у них все же остается значительное число клеток, содержащих геном вируса. Такие клетки принято называть клетками-резервуарами — они не вырабатывают новые вирусные частицы и сохраняются в организме человека долгое время. Но до последнего времени причины такого долголетия ВИЧ-инфицированных клеток были неясны.

Разобраться с этой проблемой взялись сразу две группы американских ученых — группа исследователей под руководством Адама Абате (Adam R. Abate) и Эли Борица (Eli A. Boritz) из Калифорнийского университета и группа исследователей под руководством Матиаса Лихтерфельда (Mathias Lichterfeld) из Медицинского института Рейгонов в Массачусетской больнице общего профиля. Обеим группам исследователей независимо друг от друга удалось выделить клетки-резервуары ВИЧ и проанализировать их фенотипические характеристики.

Группа ученых под руководством Абате и Борица провела детальный анализ паттернов экспрессии генов в клетках-резервуарах ВИЧ, выделенных из крови трех взрослых доноров, проходящих антиретровирусную терапию. Для своего исследования ученые использовали технологию секвенирования одиночных клеток (single-cell sequencing), позволяющую выделить и секвенировать образцы ДНК и РНК отдельно из каждой клетки в образце.

Анализ дифференциальной экспрессии генов в клетках-резервуарах позволил выявить несколько особенностей ВИЧ-инфицированных Т-лимфоцитов. Ученые отметили подавление шести сигнальных путей, приводящих к клеточной смерти и уменьшающих пролиферативную активность клеток. Все это способствует увеличению продолжительности жизни ВИЧ-инфицированных лимфоцитов.

Кроме того, исследователи выявили разницу в экспрессии нескольких генов, связанных с регуляцией транскрипции вирусных генов. Ученые установили, что в ВИЧ-инфицированных лимфоцитах активно экспрессируются гены, подавляющие вирусную транскрипцию: гены, модифицирующие гистоны (EHMT, RBBP4 и MTA1), и ген CTR9, затрудняющие работу РНК-полимеразы. Экспрессия генов, способствующих вирусной транскрипции, напротив, была подавлена (GTF21, MAPKAPK3, NCOA1, SNW1). Эти результаты говорят о том, что транскрипция вирусных генов в ВИЧ-инфицированных лимфоцитах подавляется.

Группа ученых под руководством Лихтерфельда использовала схожий подход (тоже основанный на секвенировании одиночных клеток), но основное внимание исследователи уделили изменениям в экспрессии поверхностных маркеров на ВИЧ-инфицрованных клетках. В своем исследовании ученые сравнивали фенотипы здоровых T-хелперов с лимфоцитами, выделенными из крови пяти доноров, проходящих антиретровирусную терапию.

Исследователи установили, что на поверхности ВИЧ-инфицированных лимфоцитов значительно больше иммунных чекпоинтов — рецепторов, ингибирующих работу клетки. Известно, что сигнал от этих рецепторов замедляет размножение вируса и переводит его в латентное состояние.

Кроме того, ученые обнаружили на поверхности ВИЧ-инфицированных Т-лимфоцитов большое количество лигандов ингибиторных рецепторов. При контакте с другим лимфоцитами (например Т-киллерами) эти белки связываются с их ингибиторными рецепторами и приостанавливают работу этих клеток — из-за этого они не могут убить ВИЧ-инфицированную клетку. Ученые также обнаружили на их поверхности маркеры, обеспечивающие защиту от цитотоксических NK-клеток (естественных киллеров).

Проанализировав ВИЧ-инфицированные лимфоциты, выделенные из лимфоидных тканей доноров (преимущественно из лимфоузлов), ученые обнаружили, что такие лимфоциты несут на своей поверхности рецепторы, сигналы от которых поддерживают жизнедеятельность клетки (среди них CD127, CD28, CD44).

Обобщая результаты двух исследовательских групп, можно сказать, что ВИЧ использует три основные стратегии, которые позволяют ему сохраняться в лимфоцитах долгое время.

Во-первых, в ВИЧ-инфицированных лимфоцитах блокируется репликация вируса, и он переходит в латентное состояние, что позволяет избежать распознавания иммунной системой. Во-вторых, зараженные лимфоциты начинают экспрессировать молекулы, ингибирующие работу клеток-киллеров, — таким образом обеспечивая себе защиту от уничтожения. Наконец, в-третьих, ВИЧ-инфицированные лимфоциты запускают молекулярные программы, обеспечивающие долгую жизнедеятельность клетки, и блокируют молекулярные механизмы клеточной смерти.

По словам авторов исследования, их результаты имеют огромную практическую ценность — так как в дальнейшем на основе этих данных ученые смогут найти способы улучшить антиретровирусную терапию.

При всей эффективности антиретровирусной терапии, она не позволяет полностью убрать вирус из организма. В связи с этим многие ученые разрабатывают другие способы лечения ВИЧ — основанные на генном редактировании. N + 1 давно следит за их успехами: мы уже писали о том, как ученым удалось вылечить мышей от ВИЧ, вырезав его из генома их Т-лимфоцитов.