Когда окаменелости оживают: S-белок SARS-CoV-2, синцитин-1 и другие любопытные белки слияния

Гомотримерный S-белок (спайк) SARS-CoV-2, особенно его субъединица S2, — это выдающийся белок слияния. Он может сливать вирусные частицы с клетками, а также сливать клетки друг с другом, создавая разнообразные синцитии среди разных фенотипов клеток. В зависимости от конкретных версий, спайк может выполнять эти задачи с помощью нескольких механизмов, действующих как на внутриклеточной, так и на внеклеточной стороне мембран.

Эти функции слияния несколько аналогичны типичным гомотримерным ENV (оболочечным) белкам, таким как наш эндогенный ретровирусный ENV-белок синцитин-1 и гликопротеин GP160 ENV вируса ВИЧ. GP160, «спайк»-белок ВИЧ, в конечном итоге расщепляется на собственном сайте фурин-расщепления (также обнаруженном у синцитина-1) на белки GP120 и GP41, оба из которых могут принимать различные пре- и пост-фузионные конформации. Однако геном SARS-CoV-2 уже кодирует отдельный малый ENV-белок (удобно обозначенный как E), который собирается в предполагаемый катионный канал с центральной фузионной порой.

В геноме SARS-CoV-2, в отличие от ретровирусов, не определены такие гены, как env, pol, gag или pro. Любопытно, что исследователи обнаружили, что S-белок SARS-CoV-2, действуя самостоятельно, напрямую участвует в активации эндогенных ретровирусов в наших клетках, что способствует наблюдаемой патологии.

Учитывая некоторые сходства, высказывалось предположение, что антитела, выработанные против спайк-белка, потенциально могут перекрестно реагировать в тканях, экспрессирующих эндогенные ретровирусные белки. В частности, во время беременности, когда плацентарные трофобласты экспрессируют полезные ENV-белки многих таких HERV, включая ERVW1 (синцитин-1), ERVFRD-1 (синцитин-2), ERVV-1, ERVV-2, ERVH48-1, ERVMER34-1, ERV3-1 и ERVK13-1. Экспрессия синцитина-2 в ворсинчатых цитотрофобластах сильно коррелирует со степенью тяжести некоторых патологий плаценты, таких как преэклампсия.

К счастью, исследователи обнаружили, что практически нет прямой гомологии последовательностей между спайком и синцитином-1, и вероятность перекрестной реактивности мала. Корейские исследователи, опубликовавшие работу в журнале Animal Cells and Systems, протестировали большую панель моноклональных антител и пришли к выводу, что, хотя древние геномные реликты, такие как HERV, могут активироваться в различных тканях SARS-CoV-2, риска перекрестной реактивности или даже бесплодия нет.

Но если спайк-белок всё ещё способен вызывать нежелательное слияние клеток, как лучше определить эту кажущуюся случайной активность и что можно с ней сделать? Возможно, первый шаг — уточнить терминологию слияния клеток. Автор Юрий Лазебник в журнале Oncotarget предлагает пищу для размышлений. Синцитий, образованный из клеток одного типа (например, при слиянии двух или более пневмоцитов), называется гомокарионом. Гетерокарион — это синцитий, образованный, скажем, пневмоцитом, слившимся с эпителиальной клеткой-предшественником или, возможно, лейкоцитом.

Образование индуцированных спайком синцитиев в лёгких пациентов с COVID-19 встречается во многих формах, каждая со своими emergent-свойствами, способствующими последствиям болезни. Например, реснитчатые клетки дыхательных путей, альвеолярные пневмоциты 2 типа и эпителиальные клетки-предшественники участвуют в образовании часто наблюдаемых многоядерных «гигантских клеток». Добавьте один-два лейкоцита, несущих спайк, и ситуация быстро становится непредсказуемой. Возможно, ещё более тревожной ситуацией было бы образование синцития в клетках, выстилающих наши кровеносные сосуды, что могло бы способствовать тромбозу. Последующая гибель и отторжение участка неправильно слившихся клеток может обнажить значительную область тромбогенной базальной мембраны. Коллагеновая фибра размером 20 микрон, основной компонент базальной мембраны, достаточна для запуска тромбоцит-зависимого свёртывания.

Но хватит нагнетать страх. Исследователи определили набор уже одобренных препаратов, которые предотвращают индуцированное спайком слияние клеток и ингибируют TMEM16F — критический белок для образования синцития. TMEM16F играет двойную роль: это кальций-активируемый ионный канал, регулирующий секрецию хлоридов, а также липидная скрамблаза, перемещающая фосфатидилсерин (PS) на поверхность клетки. Эта экстернализация PS необходима для слияния клеток во многих системах, включая индуцированные спайком синцитии. Кстати, скрамблазы также контролируют лимитирующие этапы каскада свёртывания крови и могут быть механизмом, лежащим в основе индуцированного спайком тромбоза.

Основным триггером коагуляции, индуцированной вирусными инфекциями, является так называемая внешняя «теназа». Теназы — это ферменты, которые обрабатывают фактор X (FX) в пути активации Тканевого Фактора (TF), действуя как запал для генерации тромба. Образующиеся комплексы собираются на экстернализованном PS в присутствии ионов кальция. TF, в некотором смысле, зашифрован и не может активировать свой мишень-фактор FVIIa, пока не будет дешифрован экстернализованным PS.

Осознание того, что некоторые фузогенные вирусные или даже ретровирусные белки, которые экспрессируются в определённых областях тела, могут способствовать тромботическим событиям, имеет огромное практическое значение. Достаточно взглянуть на обширный предлагаемый Moderna портфель терапевтических средств на основе мРНК, доставляющих эти белки для борьбы со всевозможными вирусными угрозами, чтобы задуматься. В настоящее время нет недостатка в методах создания антигенных спайк-белков для вакцин. В зависимости от того, сколько кода спайка используется, какие сайты расщепления включены и какие части стабилизированы, можно получить очень разные белки. Вероятно, можно справедливо сказать, что полноразмерные спайки в больших сомнительных векторах или инактивированные вирусные частицы в значительной степени уступили место меньшим, но более иммуногенным препаратам.

Лёгкие и кровеносные сосуды, безусловно, являются критическими зонами при любой инфекции SARS-CoV-2, но что насчёт наших драгоценных нейронов — может ли спайк сливать и их? Очевидно, он может сливать нейроны в органоидах мозга, но, опять же, чего только не могут сделать исследователи с этими чудесами для мгновенных публикаций. Если взглянуть шире на другие виды вирусов, слияние нейронов, глиальных клеток и даже аксонов, по-видимому, является обычным делом, вызывающим целое созвездие потенциальных неврологических проблем. Например, вирус псевдобешенства соединяет синапсы, чтобы электрически связать активность нейронов, сливая их аксоны. Слияния с глиальными клетками также были обнаружены и связаны с длительной нейропатической болью после острой фазы опоясывающего герпеса. Нам также известно, что SARS-CoV-2 может использовать белок виментин для заражения эндотелиальных клеток. Нельзя не заметить, по крайней мере нейробиологам, что виментин является основным маркером, используемым для идентификации глиальных клеток.

Кроме того, быстро растущий массив работ, изучающих реактивацию эндогенных ретровирусов при нейродегенеративных заболеваниях, также позволяет рациональному уму предположить, что слияние клеток может быть вовлечено и в этот вид патологии.