Из стволовых клеток, устойчивых к инфекциям, — новые подходы к изучению вирусных заболеваний

Стволовые клетки обладают уникальной способностью неограниченно делиться, создавая новые стволовые клетки, или превращаться в специализированные клетки сердца, мозга и других органов. Однако в процессе созревания они теряют своё замечательное свойство — устойчивость к вирусам.

Защита стволовых клеток от инфекций критически важна: одни из них являются исходным материалом для развития эмбриона, другие составляют резерв для восстановления тканей организма. Повреждение или гибель этих клеток была бы катастрофической, но механизм их защиты оставался загадкой на протяжении десятилетий. В недавнем исследовании, опубликованном в Cell, учёные из Рокфеллеровского университета предложили объяснение: стволовые клетки находятся в состоянии постоянной повышенной готовности, обладая превентивными защитными системами, которые другие клетки активируют только при реальной вирусной атаке.

«Это вполне логично, — говорит старший автор работы Чарли М. Райс, профессор вирусологии. — Поскольку стволовые клетки очень важны, организм должен особенно тщательно их защищать».

Защита всегда наготове

Большинство клеток организма уже определились со своей идентичностью (нейроны, кардиомиоциты и др.). Стволовые клетки — иные: они не приняли окончательную форму и могут как делиться, так и дифференцироваться.

Уже 40 лет учёных озадачивает ещё одна их особенность: необычайная устойчивость к вирусным атакам. Недавние эксперименты группы Райса и других лабораторий, посвящённые лихорадке денге, ВИЧ и вирусу Зика, показали: стволовые клетки успешно отражают все эти атаки.

Постдок Сяньфан У, работая со стволовыми клетками для создания гепатоцитов и изучения гепатита, случайно обнаружил ключевую разницу: стволовые клетки и клетки печени используют разные противовирусные защиты.

Большинство клеток организма находятся в состоянии низкой готовности до обнаружения вируса, после чего выделяют молекулу интерферона. Интерферон заставляет клетки, которые его производят, и соседние клетки включить сотни генов для борьбы с инфекцией. Эти гены могут, например, привлечь иммунные клетки или запустить апоптоз (самоуничтожение) заражённой клетки.

Однако У заметил, что стволовые клетки постоянно экспрессируют многие противовирусные гены, которые другие клетки активируют только в ответ на интерферон, даже если интерферона нет. Они находятся в состоянии повышенной готовности постоянно.

Этот феномен был подтверждён на различных типах стволовых клеток: эмбриональных, искусственно созданных (iPS), а также резидентных стволовых клетках поджелудочной железы, мозга или костного мозга. По мере дифференциации эти клетки выключали противовирусные гены. Явление наблюдалось в человеческих клетках, а также в данных по клеткам мыши и шимпанзе.

Чтобы подтвердить защитную роль этих генов, У сфокусировался на семействе IFITM. Эти гены кодируют белки, препятствующие проникновению вируса в клетку, и часто активны в стволовых клетках. Когда У удалил гены IFITM из стволовых клеток, они стали восприимчивы к вирусам денге, гриппа, Западного Нила и Зика.

Игнорирование интерферона

Получается, у клеток есть два режима защиты в зависимости от их типа. Обычные, дифференцированные клетки ждут появления вируса и сигнала интерферона, чтобы максимизировать защиту. Стволовые клетки игнорируют интерферон и постоянно держат свои противовирусные системы включёнными.

Последняя стратегия кажется эффективной — так почему же дифференцированные клетки не защищаются постоянно? Райс полагает, что постоянная демонстрация всех защитных механизмов была бы опасна. Это дало бы вирусам возможность «изучить» защиту клетки, что могло бы привести к отбору редких генетических вариантов вируса, способных её преодолеть. Для обычных, возобновляемых клеток лучше реагировать только по мере необходимости.

«Изучая эту биологию в стволовых клетках, мы можем больше узнать о противовирусных механизмах в целом», — говорит Райс.

Эти знания в будущем могут привести к медицинским применениям. Например, они могут помочь в разработке более эффективных препаратов для активации противовирусного ответа у пациентов с инфекциями. Также это может вдохновить на создание методов помощи иммунной системе в борьбе с раком или на атаку раковых стволовых клеток с помощью вирусных терапий.