Tai štai kaip koronavirusas prasmunka pro ląstelių apsauginę membraną: jam padeda jau liūdnai pagarsėjęs „bendrininkas“

Tam, kad sukeltų COVID-19 ligą, koronavirusas turi įsibrauti į žmogaus ląsteles, o tam jam reikia „bendrininko“. Ir juo tampa liūdnai pagarsėjęs ir kraujagysles kemšantis cholesterolis, padedantis virusui atverti ląsteles ir patekti į jų vidų, skelbia Howardo Hugheso medicinos instituto tyrėjo Cliffordo Brangwynne‘o laboratorija.

Be cholesterolio virusas negali prasmukti pro ląstelės apsauginį barjerą ir sukelti infekciją, savo tyrimo išvadose, paskelbtose išankstinėje mokslinių darbų duomenų bazėje „bioRxiv“, rašo mokslininkai. Jie mokslinio darbo metu atkūrė ankstyvą infekcijos stadiją laboratorijoje išaugintose ląstelėse.

Tačiau verta paminėti, kad šio tyrimo išvadas dar neįvertino kiti kolegos mokslininkai.

„Cholesterolis yra neatsiejama membranų, kurios supa ląsteles ir kai kuriuose virusus, įskaitant SARS-CoV-2, dalis. Todėl visiškai logiška, kad ji turėtų būti svarbus infekcijai“, – pažymėjo Princetono universiteto biofizikos inžinierius C. Brangwynne‘as.

Toks tyrimas gali paaiškinti, kodėl COVID-19 sergančių pacientų, vartojančių cholesterolį mažinančius vaistus, būklė būna geresnė. Nors mokslininkams dar nepavyko nustatyti už tai atsakingo mechanizmo, šis tyrimas bei dar vienas pernai rudenį paskelbtas darbas leidžia manyti, kad tokie vaistai neleidžia SARS-CoV-2 patekti į ląsteles dėl trūkstamo cholesterolio.

Šis cholesterolio vaidmens atradimas gali padėti mokslininkams sukurti naują būdą gydyti COVID-19, kol dauguma žmonių nebus paskiepyti nuo koronaviruso, mano C. Brangwynne‘as. Šis tyrimas taip pat gali suteikti daugiau informacijos dėl keisto ligos simptomo: milžiniškų sudėtinių ląstelių formavimosi COVID-19 sergančių žmonių plaučiuose. Savo eksperimentų metu mokslininkai stebėjo tokių megaląstelių atsiradimą ir po mikroskopu.

Atkartojo virusinę infekciją

Įprastai C. Brangwynne‘o komanda tyrinėja fizines jėgas, kurios skatina molekules organizuotis ląstelių viduje. Tačiau praėjusių metų pavasarį šios laboratorijos mokslininkai, kaip ir daugelis mokslininkų visame pasaulyje, savo dėmesį sutelkė į koronavirusą. Jie ėmė tyrinėti, kaip sąveikauja virusas ir žmogaus baltymai, ir kaip tas sąveikavimas leidžia virusui patekti į ląsteles.

„Nesame virusų laboratorija, anksčiau šioje srityje niekada nedirbome. Todėl pradėjome galvoti apie mūsų sukurtus įrankius ir metodikas, kuriuos galėtume panaudoti“, – pasakojo C. Brangwynne‘as.

Jo laboratorijoje dažnai dirbama su laboratorijoje išaugintomis ląstelėmis. Siekdami atkartoti koronaviruso infekciją, mokslininkai tokias ląsteles modifikavo taip, kad jos taptų viena iš dviejų molekulių – arba viruso „spyglio baltymu“, arba žmogaus ACE2 baltymu. (Tam, kad galėtų sukelti infekciją, virusas privalo savo membraną sujungti su ląstelės membrana. Šis procesas prasideda tuomet, kai spyglio baltymai susitinka su savo taikiniu ląstelėje – ACE2).

Laboratorijoje mokslininkai stebėjo, kaip laboratorijoje išaugintos ląstelės sąveikauja su šiais baltymais. Pirma, iš ląstelių su ACE2 pasirodė mažyčiai čiuptuvėliai, kurie prilipo prie spyglio baltymų ant šalia esančių ląstelių. Tuo metu dviejų ląstelių membranos susijungė ir susiformavo ertmės, kurios leido ląstelių turiniui susimaišyti. Galiausiai abi ląstelės susijungė taip, kaip mokslininkai mano virusą susijungiant su ląstele, kurią jis užkrečia.

Mokslininkų komanda, kuriai priklausė ir Princetono universiteto mokslininkai Davidas Sandersas, Chanelle Jumper ir Paulas Ackermanas, pamėgino nutraukti tokį ląstelių susijungimą.

Pasinaudodami automatizuota sistema, jie išanalizavo maždaug 6 tūkst. junginių poveikį, o taip pat daugiau nei 30 spyglio baltymo pakoregavimo variantų. Šie ir kiti eksperimentai leidžia daryti išvadą, kad, kai koronaviruso membranai trūksta cholesterolio, virusas negali patekti į taikiniu tapusios ląstelės vidų.

Verta paminėti, kad tai yra ne pirmas gautas įrodymas apie cholesterolio poveikį. Anksčiau atliktas tyrimas, kurį atliko San Diege veikiančio Kalifornijos universiteto mokslininkai, buvo nustatyta, jog žmogaus organizmo imuninio atsako į virusą metu gaminamas junginis, mažinantis cholesterolio kiekį, tačiau šiuo atveju tai daroma ląstelės, o ne viruso, membranoje.

„Cholesterolis yra išsamiai ištyrinėtas kaip svarbus veiksnys daugelyje virusinių infekcijų, – pažymėjo Virdžinijos universiteto mokslininkas Peteris Kassonas, tyrinėjantis fizinius virusinių ligų mechanizmus. – Įdomu tai, kad cholesterolio vaidmuo virusui patenkant į ląstelės vidų smarkiai priklauso nuo viruso.“

Kol kas tiksliai neaišku, kaip cholesterolis padeda koronavirusui, tačiau šio proceso supratimas gali padėti suprasti šios infekcijos biologiją, sako P. Kassonas, neprisidėjęs prie minėto naujausio tyrimo.

Mįslingosios megaląstelės

Savo eksperimentų metu C. Brangwynne‘o komanda pastebėjo kai ką keisto. Ląstelės ir toliau viena kitą „rijo“, tarsi į vieną dubenį būtų įmušama vis daugiau kiaušinių. Tokios sudėtinės ląstelės, vadinamos sincicijomis, buvo panašios į tas, kurių aptinkama sveikuose audiniuose, tokiuose kaip raumenyse ar placentoje, sergant tam tikromis virusinėmis ligomis.

Žmonės jau anksčiau žinojo, kad koronavirusas skatina sincicijų formavimąsi, tačiau šie mokslininkai galėjo labai gražiai stebėti šį procesą, – sakė prie šio turimo neprisidėjusi Howard Hugheso medicinos instituto Janelia mokslinių tyrimų cento vyresnioji grupės vadovė Jennifer Lippincott-Schwartz. „Toks ląstelių susijungimas pats savaime yra smarkiai neištyrinėta biologijos sritis.“

Jos teigimu, šie eksperimentai veikiausiai iliustruoja, kaip tokios megaląstelės atsiranda pacientų plaučiuose. „Sincicijų formavimasis COVID atveju gali būti labai žalingas, nes jos gali sunaikinti plaučių audinį ir sukelti mirtį“, – sakė ji.

C. Brangwynne‘as sako, kad kol kas neaišku, ar sincicijos vaidina svarbų vaidmenį COVID-19 progresijoje. Tačiau jo komanda mano, kad jų nustatytas cholesterolio vaidmuo galėtų padėti mokslininkams kovoje su liga.