Исследовательская группа из EMBL Hamburg совместно с учёными Лейбниц-Института молекулярной фармакологии (FMP) разработала подробную карту того, как вирус гриппа A изменяет инфицированные человеческие клетки. Использованный индивидуализированный подход позволил наблюдать взаимодействия белков непосредственно внутри целых клеток, а не только в разрушенных образцах.

Влияние вируса гриппа A на клетки

Сезонный грипп ежегодно вызывает от 3 до 5 миллионов случаев тяжёлых заболеваний по всему миру и связан с до 650 000 смертей. Вирус гриппа A также был причиной нескольких пандемий, включая пандемию 1918 года. После проникновения в клетку вирус высвобождает РНК с инструкциями по синтезу ограниченного набора вирусных белков. Эти белки распространяются по клетке-хозяину и перенаправляют её молекулярные системы, превращая клетку в фабрику по производству новых вирусных частиц.

Новые методы исследования

Для разработки более эффективных вакцин и противовирусных препаратов необходимо знать, какие вирусные белки взаимодействуют с человеческими, где происходят эти контакты и как вирус использует их для своей репликации. Новое исследование впервые в крупном масштабе картирует прямые контакты между белками гриппа и человеческими белками внутри целых инфицированных клеток. Детализация структуры позволила смоделировать, как взаимодействующие белки могут соединяться друг с другом.

Отслеживание взаимодействий белков во время активной инфекции представляет значительные сложности. Ранее для этого применялись биохимические методы, требующие разрушения клеток, что может искажать реальные процессы внутри живой клетки. После разрушения внутренних компартментов белки, ранее разделённые, могут контактировать в лабораторных условиях, а слабые или специфические для определённых мест взаимодействия — исчезать. Это затрудняет определение реальных связей, существовавших во время инфекции.

Команда использовала специализированную версию масс-спектрометрии сшивания (XL-MS), адаптированную для инфицированных вирусом клеток. Этот метод позволил фиксировать кратковременные или локализованные взаимодействия белков внутри целых инфицированных клеток.

Структурное моделирование и ключевые открытия

Результаты XL-MS были объединены с вычислительным структурным моделированием, что позволило определить, какие вирусные и человеческие белки взаимодействуют, и оценить их пространственное расположение при соединении. Для построения моделей использовалась модифицированная версия алгоритма AlphaFold.

Исследование выявило две основные стратегии, которые использует вирус гриппа A для захвата контроля над клеткой:

1. Гемагглютинин — белок на поверхности вируса, используемый для прикрепления и проникновения в клетки-хозяева. Было установлено, что несколько человеческих белков способствуют правильному сворачиванию и модификации гемагглютинина во время инфекции. Некоторые из этих белков ранее были мало изучены.
2. Параспеклы — небольшие каплевидные компартменты внутри ядра клетки. Инфекция гриппом A приводит к их растворению, что сопровождается высвобождением связывающих РНК белков, ранее удерживаемых внутри. Вирус, возможно, использует эти белки для своей репликации. Разрушение параспеклов может ослаблять защитные механизмы клетки, так как они участвуют в стрессовых реакциях и антивирусной регуляции генов.

Технологии и перспективы

Проект объединил технологии и экспертизу трёх институтов: масс-спектрометрию сшивания проводили в Charité (Берлин), гликопротеомный анализ — в EMBL Proteomics Core Facility, моделирование с помощью AlphaFold — на вычислительном кластере EMBL, а микроскопию — в CSSB на платформе Advanced Light and Fluorescence Microscopy (ALFM).

Полученные результаты показывают, что изучение молекулярных контактов внутри целых инфицированных клеток позволяет выявить, где и как вирус захватывает контроль над клеточными механизмами человека. Такой подход может быть применён для изучения работы и других вирусов, а также для поиска потенциальных мишеней для будущих фармацевтических вмешательств.

Хотя исследование проводилось на лабораторном штамме гриппа, предполагается, что аналогичные методы могут быть использованы для изучения вирусов с высоким пандемическим потенциалом, таких как H5N1, и для выявления сетей взаимодействий, поддерживающих их размножение в человеческих клетках.