«ВПГ-1 встречается более чем у половины населения мира», – сказал Мориа Спара, доцент кафедры биологии, биохимии и молекулярной биологии. «Он не только вызывает повторяющиеся проблемы, такие как герпес и генитальный герпес, но и недавние исследования показали, что хроническая инфекция HSV-1 связана с развитием болезни в более позднем возрасте, включая нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера."
Сзпара объяснил, что жизненный цикл ВПГ-1 начинается при контакте с поверхностями слизистой оболочки, где он проникает в клетки кожи, реплицируется и может вызывать образование локальных поражений. Вирус также проникает в местные нервные окончания кожи и проникает в нейроны нервной системы.
Там вирус может бездействовать, пока не активируется в будущем. Считается, что повреждение нейронов и иммунные ответы хозяина, вызванные вирусной реактивацией, способствуют долговременной нейродегенерации.
"Поскольку каждый человек является носителем слегка различающейся версии ВПГ-1, это может объяснить некоторые различия в реакциях человека на инфекцию; например, почему у людей разные триггеры для их вспышек или почему у некоторых людей возникают более болезненные язвы. Различия в частоте вирусных вспышек или в паттернах экспрессии генов, вызванных вирусом, также могут влиять на разную скорость развития нейродегенеративных заболеваний у людей с хроническими инфекциями."
Чтобы исследовать причины такого разброса ответов, Сзпара и ее коллеги инфицировали нейронные клетки человека одним из трех штаммов HSV-1, которые, как известно, различаются по своей способности вызывать заболевания нервной системы.
Затем они использовали глубокое секвенирование для идентификации и количественной оценки транскриптомов – всего набора информационных РНК (мРНК), образующихся в клетке в любой момент времени – нейронов во время заражения HSV-1.
Согласно Сзпара, когда нейрональная клетка инфицирована HSV-1, полученный транскриптом включает всю коллекцию мРНК, продуцируемых как человеческим нейроном, так и вирусом HSV-1. Изучая время и количество мРНК, экспрессируемых во время инфекции, ученые могут получить представление о белках, которые вскоре будут производиться из этих мРНК.
Именно вирусные белки и новое вирусное потомство, образующиеся во время инфекции, в конечном итоге приводят к проблемам со здоровьем.
«Одновременно исследуя как вирусные, так и нейронные транскриптомы в инфицированных клетках, мы смогли наблюдать взаимосвязь между временем производства вирусной мРНК и продукцией белка, и последующими ответами хозяина», – сказал Сзпара.
Ученые использовали два дополнительных метода – иммунофлуоресцентное окрашивание нейронов и вестерн-блоттинг для определения уровня вирусного белка – чтобы наблюдать результаты экспрессии вируса и генов хозяина.
Они также использовали сканирующую электронную микроскопию, чтобы непосредственно наблюдать изменения морфологии нейронов во время инфекции.
Их результаты были опубликованы 22 марта в журнале PLOS Pathogens.
Исследователи обнаружили, что разные генетические варианты HSV-1 вызывают разные паттерны экспрессии генов в нейрональных клетках человека. В частности, они обнаружили, что вирусные варианты экспрессировали свои гены с разной скоростью и в разном количестве, что, вероятно, способствует разному времени и тяжести симптомов у хозяев. Например, они обнаружили, что один из вариантов, который демонстрирует более низкую вирулентность на животных моделях, демонстрирует другой и, по-видимому, замедленный темп экспрессии вируса и гена хозяина в нейронах. В другом примере они обнаружили, что один вариант вызывает большие изменения в экспрессии генов, участвующих в клеточной адгезии (или способности клеток прикрепляться друг к другу), что может повлиять на распространение HSV-1 от клетки к клетке.
Команда также обнаружила, что эти разные паттерны экспрессии генов зависели от того, была ли инфицированная клетка нейроном или типом клеток кожи.
"В совокупности эти данные демонстрируют важность изучения факторов, специфичных для штаммов вирусов и типов клеток, которые могут способствовать нейровирулентности in vivo. Это также подчеркивает специфичность взаимодействий HSV-1 с хозяином », – сказал Сзпара. «Наше исследование показывает, что различия, наблюдаемые между вирусными вариантами в клеточных моделях, таких как нейроны, могут быть использованы для понимания более сложных взаимодействий вирусов с хозяевами."
Среди других авторов статьи – Коллин Мангольд, доктор энтомологии; Молли Рэтбун, аспирант кафедры биохимии и молекулярной биологии; Дэниел Реннер, ученый-вычислитель Института естественных наук им.
Гака; и Чад Куни, доцент биологии.
Это исследование было поддержано Государственным университетом Пенсильвании, Министерством здравоохранения Пенсильвании, Американской кардиологической ассоциацией и Национальными институтами здоровья.