Według nowych badań wirusowy DNA w ludzkich genomach, osadzony tam z dawnych infekcji, służy jako środki przeciwwirusowe, które chronią ludzkie komórki przed niektórymi współczesnymi wirusami.
Artykuł „Evolution and Antiviral Activity of a Human Protein of Retroviral Origin” opublikowany 28 października w Science, dostarcza dowodu na istnienie tego efektu.
Wcześniejsze badania wykazały, że fragmenty dawnego wirusowego DNA – zwane retrowirusami endogennymi – w genomach myszy, kurcząt, kotów i owiec zapewniają odporność na współczesne wirusy pochodzące spoza organizmu, blokując im dostęp do komórek gospodarza. Chociaż badanie to zostało przeprowadzone na ludzkich komórkach hodowanych w laboratorium, pokazuje, że działanie przeciwwirusowe endogennych retrowirusów prawdopodobnie istnieje również u ludzi.
Badania są ważne, ponieważ dalsze badania mogą odkryć pulę naturalnych białek przeciwwirusowych, które prowadzą do leczenia bez autoimmunologicznych skutków ubocznych. Prace ujawniają możliwość istnienia systemu obrony genomu, który nie został scharakteryzowany, ale może być dość obszerny.
„Wyniki pokazują, że w ludzkim genomie mamy rezerwuar białek, które mogą blokować szeroką gamę wirusów” – powiedział Cedric Feschotte, profesor biologii molekularnej i genetyki w College of Agriculture and Life Sciences. dr John Frank ’20, były doktorant w laboratorium Feschotte’a, a obecnie badacz z tytułem doktora na Uniwersytecie Yale, jest pierwszym autorem badania.
Retrowirusy endogenne stanowią około 8% ludzkiego genomu – co najmniej czterokrotność ilości DNA, z której składają się geny kodujące białka. Retrowirusy wprowadzają swój RNA do komórki gospodarza, która jest przekształcana w DNA i integrowana z genomem gospodarza. Komórka następnie postępuje zgodnie z instrukcjami genetycznymi i wytwarza więcej wirusa.
W ten sposób wirus przejmuje kontrolę nad maszynerią transkrypcyjną komórki, aby się replikować. Zazwyczaj retrowirusy infekują komórki, które nie przechodzą z pokolenia na pokolenie, ale niektóre infekują komórki zarodkowe, takie jak komórka jajowa lub plemnik, co otwiera drzwi dla retrowirusowego DNA, które przechodzi z rodzica na potomstwo i ostatecznie staje się stałym elementem w organizmie. genom gospodarza.
Aby retrowirusy dostały się do komórki, białko otoczki wirusa wiąże się z receptorem na powierzchni komórki, podobnie jak klucz do zamka. Otoczka jest również znana jako białko wypustek dla niektórych wirusów, takich jak SARS-CoV-2.
W badaniu Frank, Feschotte i współpracownicy wykorzystali genomikę obliczeniową do przeskanowania ludzkiego genomu i skatalogowania wszystkich potencjalnych sekwencji kodujących białka otoczki retrowirusowej, które mogły zachować aktywność wiązania receptora. Następnie przeprowadzili więcej testów, aby wykryć, które z tych genów były aktywne – to znaczy wyrażały produkty genów otoczki retrowirusowej w określonych typach komórek ludzkich.
„Znaleźliśmy wyraźne dowody ekspresji”, powiedział Feschotte, „i wiele z nich ulega ekspresji we wczesnym zarodku i komórkach zarodkowych, a podzbiór jest wyrażany w komórkach odpornościowych po zakażeniu”.
Gdy badacze zidentyfikowali przeciwwirusowe białka otoczki wyrażane w różnych kontekstach, skupili się na jednym, Suppressyn, ponieważ wiadomo było, że wiąże się z receptorem zwanym ASCT2, który jest punktem wejścia do komórki dla zróżnicowanej grupy wirusów zwanych retrowirusami typu D. Suppressyn wykazywał wysoki poziom ekspresji w łożysku i na bardzo wczesnym etapie rozwoju embrionalnego człowieka.
Następnie przeprowadzili eksperymenty na ludzkich komórkach podobnych do łożyska, ponieważ łożysko jest częstym celem wirusów.
Komórki wystawiono na działanie retrowirusa typu D o nazwie RD114, o którym wiadomo, że naturalnie infekuje gatunki kotów, takie jak kot domowy. Podczas gdy inne typy komórek ludzkich, które nie wykazują ekspresji Suppressyn, mogą być łatwo zakażone, komórki macierzyste łożyska i embrionalne nie zostały zakażone. Kiedy naukowcy eksperymentalnie zubożyli komórki łożyska Suppressyn, stały się one podatne na infekcję RD114; kiedy Suppressyn powrócił do komórek, odzyskały one odporność.
Ponadto naukowcy przeprowadzili eksperymenty odwrotne, wykorzystując embrionalną linię komórek nerki normalnie podatną na RD114. Komórki stały się odporne, gdy naukowcy eksperymentalnie wprowadzili Suppressyn do tych komórek.
Badanie pokazuje, w jaki sposób jedno ludzkie białko pochodzenia retrowirusowego blokuje receptor komórkowy, który umożliwia wnikanie wirusa i infekcję przez szeroki zakres retrowirusów krążących w wielu gatunkach innych niż człowiek. W ten sposób, jak powiedział Feschotte, starożytne retrowirusy zintegrowane z ludzkim genomem zapewniają mechanizm ochrony rozwijającego się zarodka przed infekcją przez spokrewnione wirusy.
Powiedział, że przyszłe prace będą badać aktywność przeciwwirusową innych białek pochodzących z otoczki kodowanych w ludzkim genomie.
Współautorami są Carolyn Coyne, wirusolog z Duke University School of Medicine oraz Jose Garcia-Perez, biolog molekularny z Uniwersytetu w Granadzie w Hiszpanii.
Badanie zostało sfinansowane przez Cornell, National Institutes of Health, Wellcome Trust-University of Edinburgh Institutional Strategic Support Fund, European Research Council i Howard Hughes Medical Institute.