Апоптоз - важный медиатор патогенеза коронавирусной инфекции животных.

Апоптоз - это форма запрограммированной гибели клеток, который возникает в клетках, которые непоправимо повреждены, или в клетках, инфицированных некоторыми вирусами. Этот механизм чрезвычайно важен для ограничения репликации вируса и его распространения на другие соседние клетки.

Новая статья в журнале Жизнь представляет собой ранний обзор вирусных факторов, участвующих в инициации и влиянии апоптоза в инфицированных клетках.

Раскрашенная электронная сканирующая микрофотография апоптотической клетки (синий), инфицированной частицами вируса SARS-COV-2 (красный), выделен из образца пациента. Снимок сделан в Комплексном исследовательском центре NIAID (IRF) в Форт-Детрике, Мэриленд. Кредит изображения:NIAID / Flickr

Коронавирусы

Коронавирусы являются одними из крупнейших вирусов рибонуклеиновой кислоты (РНК), идентифицированных на данный момент. Их геном составляет около 30 т.п.н. в длину, с четырьмя структурными белками, и несколько неструктурных и дополнительных белков. Они классифицируются как альфа, бета, гамма- и дельта-коронавирусы.

К настоящему времени выделено несколько коронавирусов животных и человека, которые в основном вызывают респираторные или желудочно-кишечные инфекции. Как и другие вирусы, они захватывают механизмы клетки-хозяина на всех стадиях своей репликации. Это включает изменение экспрессии различных генов хозяина, включая те, которые кодируют защиту хозяина для облегчения репликации вируса.

Апоптоз

В последнее время, исследования показали, что на ранней стадии заражения коронавирусы изменяют клеточный метаболизм и увеличивают скорость гибели клеток. Это происходит до того, как сработает адаптивный иммунитет, и это может указывать на его роль в продуктивной вирусной инфекции.

Двумя наиболее важными процессами, участвующими в этой модуляции, являются апоптоз и модификация клеточного цикла. Апоптоз запускается рядом сигнальных путей. Апоптоз может снизить распространение вируса, но может иметь место и обратный эффект - высвобождение инфекционных вновь продуцируемых вирусных частиц во время литической инфекции.

Клеточные пути, активирующие апоптоз, могут запускаться непосредственно самой вирусной инфекцией или косвенно через другие сигнальные каскады. Последнее вызвано присутствием вируса и рекрутирует иммунные клетки в очаг инфекции. Конечное событие - апоптоз, вызывая значительный ущерб тканям при литической инфекции.

Апоптотический механизм

Вирусные компоненты внутри клетки называются ассоциированными с патогенами молекулярными паттернами (PAMP) и распознаются рецепторами распознавания образов (PRR). Они реагируют активацией цитокинов и других сигнальных молекул, которые повышают экспрессию гена интерферона.

Другой защитный механизм включает распознавание вирусной нуклеиновой кислоты белками-хозяевами, которые связывают, как PRR, с адаптерными белками для активации двух ключевых факторов транскрипции, а именно, Регуляторный фактор 3 NFĸB и IFN (IRF3). Они перемещаются в ядро ​​и увеличивают экспрессию интерферонов типа I (IFN).

Они связываются с рецептором IFN-α / β (IFNAR), по очереди, запускает систему сигналов, включающую киназу Janus / сигнальные преобразователи и активаторы пути транскрипции (JAK / STAT). Результатом является активация множества генов, стимулированных IFN (ISG).

Эти гены инактивируют процесс синтеза клеточных белков и, таким образом, вызывают гибель клеток. Еще одна ISG, которая участвует в этом процессе отключения перевода, - это комбинация 2 ′, 5'-олигоаденилатсинтетаза (OAS) и РНКаза L.

Регуляторы апоптоза

Апоптоз регулируется несколькими про- и антиапоптотическими белками в клетке-хозяине. Одним из таких семейств белков является семейство Bcl-2 (В-клеточная лимфома-2), включая факторы, вызывающие поры митохондриальной мембраны и возможную активацию ферментов каспаз, инициирование апоптоза. Другие защищают от апоптоза.

Другое семейство - митоген-активируемые протеинкиназы (MAPK), которые включают внеклеточную регулируемую киназу 1/2 (ERK1 / 2), ERK5, p38, и c-Jun N-концевые киназы (JNK). Первый активируется факторами роста и митогенами, последние два из-за клеточного стресса. Путь JNK может приводить к активации проапоптотических генов или может взаимодействовать с генами Bcl-2, чтобы сделать это, или может активировать другие факторы транскрипции, такие как 53 и p73.

Пути активации апоптоза

Были идентифицированы два пути апоптоза, внешнее и внутреннее. Первый опосредуется активацией лигандов смерти (FasL, TNF) на их взаимодействие с соответствующими рецепторами смерти (DR). Каспаза-8 является основным индуктором апоптоза коронавирусов животных, которые действуют через DR. Этот фермент, при активации раскалывает ставку белок Bcl2, приводит к высвобождению митохондриального цитохрома c. Последнее является ключом к образованию апоптосомы с расщеплением и активацией каспазы 9.

Внутренний путь основан на проницаемости наружных мембран митохондрий и в основном наблюдается у коронавирусов животных. Белки Bcl2, такие как Bax и Bak, способствуют апоптозу и необходимы для запуска этого процесса посредством внутреннего или митохондриально-опосредованного пути, вместе с каспазой-9.

Многие коронавирусы животных вызывают активацию как внешних, так и внутренних путей, показывая сложную сеть сигнальных путей, участвующих в апоптозе.

Взаимодействие коронавируса с генами апоптоза

Вирусные геномы часто кодируют гены, гомологичные антиапоптотическим белкам хозяина. Это позволяет им задерживать апоптоз на ранних стадиях инфекции и, таким образом, генерировать адекватный выход новых вирионов. Другие вирусные белки могут предотвращать транскрипцию некоторых апоптотических генов или вызывать модификацию их белковых продуктов, подавить их активность.

Индукция апоптоза вирусными белками может включать прекращение кэп-зависимой трансляции в клетках-хозяевах, вызывая апоптоз, как видно на примере полиовируса. В случае вируса гепатита С, вирусный белок NS3 взаимодействует с каспазой-8, вызвать гибель клеток.

Текущий обзор сосредоточен на выявлении проапоптотических механизмов, запускаемых коронавирусами животных. Например, вирус эпидемической диареи свиней (PEDV) вызывает изменения в экспрессии 14 генов, участвующих в каспазно-независимом апоптозе, чтобы способствовать его репликации, а также производящие характерные признаки болезни.

Другой способ, которым апоптоз участвует в репликации вируса, - это активация каспазы, который необходим для расщепления вирусного белка нуклеокапсида (N) во время этого процесса. Так обстоит дело с вирусом трансмиссивного гастроэнтерита (TGEV), который активирует семейство MAPK, а также апоптоз, индуцированный FasL и митохондриями. Этот процесс также включает подавление микроРНК хозяина, которые подавляют митохондриальный апоптотический путь.

Бетакоронавирусы, такие как вирус мышиного гепатита (MHV), вызывает апоптоз. Этот вирус демонстрирует апоптоз, индуцированный белком оболочки (E), снова через активацию каспазы. В этом случае, апоптоз, по-видимому, защищает от производства вирионов.

С вирусом гемагглютинирующего энцефаломиелита свиней (PHEV), гибель клеток опосредуется DR и митохондриально-опосредованными путями, с участием каспазы-8 и каспазы-9, как инициаторы, и каспаза-3, как эффектор апоптоза.

Сходным образом, гамма- и дельта-коронавирусы демонстрируют комплексную индукцию клеточных сигнальных путей в клетке-хозяине, приводя к модуляции апоптоза. Таким образом, многие вирусные белки модулируют пути клетки-хозяина, способствуя репликации вируса и особенностям заболевания.

Какие последствия?

Тот факт, что апоптоз возникает после заражения нескольких хозяев целым рядом коронавирусов, позволяет сделать вывод о том, что это общая черта заражения коронавирусами человека и животных и направлена ​​на то, чтобы способствовать размножению.

С ранее перенесенным коронавирусом тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV), белок 7a образует комплекс с белком Bcl-XL или другими факторами, способствующими выживанию, инактивируя их и тем самым позволяя апоптозу протекать через активацию каспазы-3. 3CL-подобная протеаза (3CLpro) также активирует как каспазу-3, так и каспазу-9, чтобы вызвать апоптоз в культуре клеток.

И SARS-CoV, и циркулирующие в настоящее время вирусы SARS-CoV-2 содержат белок ORF3a, который запускает гибель клеток через активацию каспаз во внешнем пути через DR.

Подобная роль вирусных белков при коронавирусных инфекциях животных еще не доказана. Тем не мение, с ПЭДВ, субъединица S1 белка шипа, и неструктурный белок 1 (NSP1), было предложено быть инициатором и эффектором гибели клеток, соответственно, на основе недавних экспериментов.

Дополнительные исследования могут помочь понять, как эти пути действуют у других коронавирусов. Текущее состояние знаний может указывать на полезность выбора этого пути для борьбы с коронавирусными инфекциями.

• Пятидневный курс антибиотика в высоких дозах также подойдет детям с пневмонией.
• Исследование на мышах показывает, что микобиом кишечника влияет на метаболизм обработанной диеты