Обнаружена клеточная мишень для вирусa Зика

Установление предполагаемой связи между инфицированием вирусом Зика из семейства флавивирусов и развитием микроцефалии является актуальной проблемой для здравоохранения. Клетки-мишени вируса Зика не были определены до настоящего времени. В исследовании, результаты которого были опубликованы в «Cell Stem Cell» в первых числах марта, учеными из Университета Джона Хопкинса, Балтимор, и их коллегами из Университета штата Флорида доказывается, что штамм вируса Зика под названием MR766 поражает клетки-предшественники нейронов человека, полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток.

Вирус Зика, передаваемый комарами, согласно по последним данным циркулирует в 26 странах и территориях Латинской Америки и Карибского бассейна. И хотя инфицированные лица часто могут иметь бессимптомное или малосимптомное течение заболевания, вызывают озабоченность сообщения, связывающие инфицирование вирусом Зика плода с возникновением микроцефалии и серьезных неврологических осложнений, таких как синдром Гийена – Барре, у новорожденного. 1 февраля 2016 года Всемирная организация здравоохранения объявила о чрезвычайной ситуации в этих регионах.

Вирус Зика инфицирует клетки кожи человека, в соответствии с его основным путем передачи. Он был обнаружен в амниотической жидкости двух беременных женщин, у которых зародышам поставили диагноз микроцефалии, – таким образом, предположительно, вирус может проходить через  плацентарный барьер. Вирус Зика также был найден в ткани мозга плода с микроцефалией.

Так как о непосредственных клетках-мишенях вируса и механизмах развития инфекции известно мало, а также потому что доступ к человеческой эмбриональной ткани головного мозга ограничен, существует настоятельная необходимость в разработке новой стратегии, призванной определить, существует ли причинно-следственная связь между вирусом Зика и микроцефалией новорожденных. Авторы исследования использовали индуцированные плюрипотентные стволовые клетки человека в качестве модели in vitro, чтобы разобраться с вопросом, заражает ли вирус Зика непосредственно нервные клетки человека и каков тогда характер его воздействия.

Для выявления непосредственных клеток-мишеней вируса Зика в человеческом клеточном материале ученые использовали низкие титры вируса (множественность заражения, MOI <0,1). Среда, содержащая вирус, также была удалена после двухчасового периода инкубации.

Человеческие клетки-предшественники нейронов с легкостью поражались вирусом Зика in vitro, инфекция распространилась на 65–90% клеток в течение 3 дней заражения. Оценка результата проводилась через 56 часов при помощи полимеразной цепной реакции и иммуноцитохимических методов с использованием антител к оболочечным антигенам вируса. В качестве контроля использовалось заражение также человеческих эмбриональных стволовых клеток, человеческих индуцированных плюрипотентных стволовых клеток и незрелых кортикальных нейронов вирусом Зика при тех же самых условиях.

Оказалось, что и эмбриональные стволовые клетки, и человеческие индуцированные плюрипотентные стволовые клетки могут быть заражены вирусом, но инфекция в этих случаях ограничивалась несколькими клетками у края колонии. Незрелые нейроны также продемонстрировали более низкие уровни инфекции. В совокупности полученные результаты свидетельствуют о том, что клетки-предшественники человеческих нейронов – основа  развивающегося мозга плода – являются непосредственными мишенями вируса Зика.

Окрашивание оболочки вируса Зика с помощью иммунных меток демонстрировало характерную внутриклеточную «вирусную фабрику», свойственную флавивирусам. Поэтому ученые протестировали инфекционную способность вируса, используя супернатант (надосадочную жидкость) из инфицированных человеческих клеток-предшественниц нейронов, и получили в результате устойчивую инфекцию культуры клеток Vero, что указывает на секрецию зараженными клетками частиц вируса.

Также исследователи определили потенциальное воздействие Зика-инфекции на человеческие клетки-предшественники нейронов. Было обнаружено снижение общего числа жизнеспособных клеток на 29,9% ± 6,6% через 66–72 часов после заражения вирусом. Интересно, что инфекция привела и к значительной активации экспрессии каспазы-3 (гена, регулирующего апоптоз, механизм естественной гибели клеток), что предполагает дополнительное увеличение клеточной гибели. Кроме того, анализ содержания ДНК с помощью проточной цитометрии доказал нарушения клеточного цикла у инфицированных клеток-предшественников нейронов, что позволило ученым придти к заключению о том, что обусловленное инфицированием вирусом Зика ослабление роста в этой популяции клеток, зависит (по крайней мере, частично) как от повышенной гибели клеток, так и от нарушений регуляции клеточного цикла.

Для изучения влияния вызванной вирусом Зика инфекции на клетки-предшественники человеческих нейронов на молекулярном уровне исследователи использовали анализы транскриптома (секвенирование РНК). Эти геномные анализы выявили большое количество генов, чья экспрессия изменилась после воздействия инфекции. Методом проточной цитометрии был определен характер нарушений в клеточном цикле, который вызывали эти патологически экспрессированные гены. Выяснилось, что большинство определенных генов, как и капсаза-3, регулируют процессы апоптоза (клеточной гибели).

Неизвестно, отличаются ли штаммы вируса Зика, циркулирующие в различных регионах мира, по своей способности нарушать развитие нервной ткани; штамм, использованный в исследовании, был обнаружен до недавних сообщений о потенциальной эпидемиологической связи между вирусом Зика и микроцефалией. Тем не менее, полученные американскими учеными результаты ясно показывают, что вирус Зика может непосредственно с высокой эффективностью инфицировать клетки-предшественники человеческих нейронов в лабораторных условиях и что заражение клеток-предшественников приводит к замедлению роста их генерации из-за индуцированного вирусом каспаза-3-опосредованного апоптоза и нарушений регуляции клеточного цикла. Зараженные клетки-предшественники нейронов также выделяют и инфекционные вирусные частицы, что представляет собой серьезную клиническую проблему для разработки эффективных терапевтических средств для приостановки или блокирования воздействия инфекции на организм. Дальнейшие исследования с использованием модели человеческих индуцированных стволовых клеток/человеческих клеток-предшественников нейронов помогут определить, воздействуют ли различные штаммы вируса Зика на клетки-предшественники нейронов по-разному или, наоборот, может ли по-разному влиять ли один и тот же штамм вируса Зика на клетки-предшественники человеческих нейронов из различных клеточных линий.

Флавивирусы, как правило, проявляют широкий клеточный тропизм и имеют множественные факторы, способствующие разнообразному проявлению болезни, включая специфический клеточный ответ и чувствительность тканей. Вирус денге заражает клетки нескольких линий и кроветворные клетки, которые играют существенную роль в патогенезе осложнений. Вирус лихорадки Западного Нила инфицирует эпителиальные клетки во многих тканях и может проявлять нейроинвазивность. Следует отметить, что вирус Зика также поражает другие типы клеток человека, в том числе клетки кожи и фибробласты, и остается неизвестным, как именно вирус Зика может получить доступ к мозгу эмбриона.

Способность вируса Зика заразить клетки-предшественники человеческих нейронов и препятствовать их росту подчеркивает насущную необходимость дополнительных исследований роли этих клеток в развитии предположительно связанной с воздействием вируса Зика неврологической патологии.

Тот факт, что вирус Зика также заражает и незрелые нейроны, поднимает вопросы о возможности патологического воздействия на нейроны и другие типы клеток в головном мозге, а также возможные последствия этого воздействия в долгосрочной перспективе. Интересно, что предыдущее исследование на животных доказало вызванное вирусом Зика заражение нейронов и астроцитов у мышей и продемонстрировало увеличение астроцитов. Текущее исследование также поднимает вопрос о том, заражает ли  вирус Зика стволовые нервные клетки у взрослых людей.

Таким образом, полученные результаты заполняют существенный пробел в существующих знаниях о биологии вируса Зика и служат в качестве отправной точки для установления связи между обусловленной им инфекцией и развитием микроцефалии. Закончившееся исследование также предоставляет легко поддающуюся обработке экспериментальную систему для моделирования воздействия вируса Зика на развитие нервной системы и для исследования лежащих в его основе клеточных и молекулярных механизмов.