Биология

Коллектив биологов из США экспериментально показал, как фермент PLpro, необходимый коронавирусу SARS-CoV-2 для размножения и быстрого распространения по организму, напрямую активирует сенсорные нейроны, вызывая болевые рефлексы и чихание.

Заражение коронавирусом SARS-CoV-2 среди прочего сопровождается такими известными симптомами, как чихание и мышечные боли. Эти признаки Covid-19 опосредованы подмножеством сенсорных нейронов, называемых ноцицепторами: они выявляют раздражители и реагируют на потенциально вредные стимулы. Однако механизмы, с помощью которых инфекция активирует болевые рецепторы, оставались неизвестны.

Прояснить этот вопрос взялись биологи из Калифорнийского университета в Беркли, Медицинского института Говарда Хьюза в Мэриленде и Стоматологического колледжа Нью-Йоркского университета (США). В исследовании, опубликованном на сайте базы препринтов bioRxiv.org и пока не прошедшем рецензирование, ученые рассказали о своем эксперименте с мышами.

Команда предположила, что причина чихания при Covid-19 в том, что инфицированные клетки выделяют большое количество вирусного белка PLpro — папаино-подобной протеазы, используемой SARS-CoV-2 для размножения и подавления иммунного ответа хозяина. Как показали более ранние исследования, другие протеазы, вырабатываемые растениями, бактериями или человеческим организмом, стимулируют сенсорные нейроны — узкоспециализированные клетки, впоследствии вызывающие чихание.

«Фермент PLpro играет важную роль в репликации вируса, обрабатывая вирусные полипротеины и подавляя иммунный ответ инфицированных клеток. Может ли PLpro высвобождаться из инфицированных клеток и быть готовым активировать окружающие неинфицированные клетки?» — задались вопросом авторы исследования.

Чтобы проверить это, они заразили эпителиальные клетки дыхательных путей человека коронавирусом и измерили в них активность PLpro. Ее удалось зафиксировать спустя 48 часов после заражения, но не через 24 часа. Папаино-подобная протеаза высвобождалась из инфицированных эпителиальных клеток и могла действовать на соседние, в том числе нервные окончания сенсорных нейронов.

Затем ученые с помощью пипеток вводили мышам в нос плацебо или PLpro с синим красителем, помещали в камеру и записывали происходящее на видео. Исследователи наблюдали, как поведет себя животное: будет ли чихать, тереть нос лапами, трогать морду и лизать части тела.

В итоге грызуны начали чихать спустя примерно 14 секунд после воздействия. Причем подопытные, которым вводили фермент, чихали практические в четыре раза чаще за первые две минуты, чем контрольная группа, а выделения из носа у них были обильнее. Помимо этого, биологи обнаружили связь между воздействием папаино-подобной протеазы и болью в лицевых мышцах: когда в щеки мышей ввели PLpro, они стали тереть морду передними лапами.

«Мы показали, что коронавирусная папаино-подобная протеаза (PLpro) непосредственно активирует ноцицепторы тройничного и блуждающего нерва, иннервирующие дыхательные пути, у мышей, как и ноцицепторы, полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека. Фермент вызывал чихание и острую боль у животных, запускал высвобождение кальцитонин ген-родственного пептида (CGRP). Мы также обнаружили, что чихание и боль, вызванные PLpro, требуют наличия ионного канала TRPA1 (расположен на плазматической мембране клеток чувствительного нерва. — Прим. ред.), который, как показали ранее, опосредует боль, кашель и воспаление дыхательных путей», — подытожили ученые.