Доктор Эли Бориц на конференции по борьбе со СПИДом 2022. Фото ©Стив Форрест/Фотографии работников/IAS
В пятницу на 24-й Международной конференции по СПИДу (AIDS 2022) в Монреале стало известно, что ученые впервые разработали чувствительный генный анализ, который может конкретно обнаружить крошечное подмножество “резервуарных” клеток, которые содержат скрытую ВИЧ-инфекцию, используя нанотехнологии для выявления их четкой генетической подписи.
“Святой грааль исследований в области лечения ВИЧ-инфекции заключается в поиске биомаркера для резервуара”, – заявила на пресс-конференции профессор Шарон Левин, избранный президент Международного общества по борьбе со СПИДом. По ее словам, это исследование является важным шагом на пути к поиску такого биомаркера.
Проблема резервуара
Доктор Эли Бориц (Eli Boritz) из Центра исследований вакцин Национального института аллергии и инфекционных заболеваний США (National Institute of Allergy and Infectious Diseases) рассказал на конференции, что ВИЧ–инфекция сохраняется на всю жизнь благодаря тому, что вирус скрывается там, где его не может увидеть иммунная система, – путем встраивания своих генов в нашу собственную ДНК внутри небольшого числа клеток, которые производят вакцины. укрепляет нашу иммунную систему.
При отсутствии лечения ВИЧ-инфекция распространяется по всей иммунной системе, заставляя ее Т-клетки вырабатывать новые вирусные частицы и в процессе нанося смертельный ущерб иммунной системе, уничтожая Т-клетки CD4, которые координируют клеточный иммунитет. Но небольшое количество ВИЧ попадает в неактивные Т-клетки, которые не посылают сигналов о его присутствии.
Антиретровирусная терапия (АРТ) останавливает распространение вируса, но не может добраться до скрытой вирусной ДНК или уничтожить клетки, которые ее содержат. Они сохраняются и готовы активироваться и начать выделять новые вирусы, если прекратить АРТ.
Таким образом, ключевым компонентом большинства стратегий лечения ВИЧ является поиск этих клеток-резервуаров и либо уничтожение их с помощью усиленной иммунотерапии, либо их вечное подавление.
Проблема в том, что мы знаем, что резервуар существует. Но мы не знаем, из каких клеток это происходит, где они находятся и отличаются ли они у разных людей. У нас нет инструментов, которые могли бы надежно идентифицировать их и, следовательно, воздействовать на них с помощью терапии. Мы не знаем, есть ли у них особые характеристики, которые заставляют их переходить в состояние покоя и скрывать вирус, или же они изначально особенно восприимчивы к ВИЧ. И мы не знаем, как избирательно активировать их в присутствии АРТ, или как они активизируются и как их остановить в отсутствие АРТ.
Эта невидимость клеток-резервуаров делает лечение ВИЧ еще более трудным, чем использование аналогичной терапии, нацеленной на клетки, для лечения рака. Раковые клетки действительно содержат множество эпитопов – характерных клеточных маркеров, которые сигнализируют об иммунном ответе, – и поэтому могут быть мишенью для иммунотерапии. В случае с ВИЧ это гораздо более сложная задача.
“Мы не знаем, какие клетки составляют резервуар, где они находятся и отличаются ли они у разных людей”.
Существуют характеристики клеток, которые повышают вероятность того, что они будут или станут резервуарными клетками. Например, на поверхности клеток есть молекула под названием CD27. Ее присутствие позволяет Т-клеткам становиться иммунологически активными и “запоминать” характеристики вирусов, в то время как ее отсутствие на аналогичных клетках означает, что они выполнили свою работу и находятся в состоянии покоя. Таким образом, 90% интегрированной ДНК ВИЧ находится внутри CD27-позитивных клеток. Но большая часть этой ДНК деградирует и мутирует в процессе интеграции. Большая часть интактной ДНК ВИЧ – ДНК, которая способна создавать совершенно новые вирусы, – находится внутри CD27-негативных клеток, потому что они обладают необычным свойством отключаться, как только заражаются, и таким образом увековечивают свою инфекцию.
То же самое относится и к другим клеточным маркерам. Клетки-резервуары, как правило, обогащены корецептором CXCR4 при ВИЧ-инфекции, поскольку именно он способствует заражению Т–тропным вирусом – типом, который, как правило, возникает при хронической инфекции. И неудивительно, что клетки-резервуары проявляют повышенную чувствительность к ВИЧ по сравнению с другими клетками, если их вывести из состояния покоя.
Проблема в том, что клетки–резервуары, содержащие неповрежденную вирусную ДНК, встречаются очень редко – иногда только одна Т–клетка на миллион, – поэтому большинство клеток с такими характеристиками на самом деле не будут частью резервуара ВИЧ.
Единственный способ обнаружить клетки-резервуары – это непосредственно обнаружить их скрытую ДНК ВИЧ. Чтобы, в буквальном смысле, пролить на это свет.
Анализ FIND-Seq
Анализ FIND-Seq включает в себя несколько этапов, каждый из которых включает транспортировку и сортировку отдельных клеток по крошечным каналам, значительно более тонким, чем волос.
Т-клетки берутся из крови ВИЧ-инфицированных людей, проходящих АРТ, помещаются в индивидуальные “нанокапсулы”, состоящие из капель масла с гелевой оболочкой, и транспортируются по трубкам.
Сначала выделяются Т-клетки памяти, используя характеристики их клеточной поверхности. Затем их “допрашивают” – стимулируют, чтобы они продуцировали участки РНК, уникальные для генома их конкретного владельца. Повторно инкапсулированные, они затем пропускаются через лазерный луч, сигнал которого предупреждает систему о неожиданных участках вирусной ДНК и отправляет клетки, содержащие их, в отдельные лабораторные чашки.
Используя этот метод, исследователи сначала составили общую карту того, какие гены были необычно активны или неактивны. Они сравнили гены в клетках, которые действительно содержали неповрежденную ДНК ВИЧ, с генами, которые этого не делали. Большинство “ВИЧ-положительных” клеток Т-памяти имели генетические признаки, отличные от тех, которые не содержали ВИЧ. В частности, многие гены, которые были активны в клетках, не содержащих ВИЧ, были отключены в клетках, в которых он был. К ним относились гены, регулирующие запрограммированную гибель клеток, и гены, препятствующие их размножению. Это указывало на то, что эти клетки могли обладать свойствами, которые соответствовали латентности ВИЧ.
Но у подгруппы клеток общая генетическая активность не коррелировала с наличием или отсутствием ВИЧ. Затем исследователи провели серию экспериментов, чтобы выяснить, коррелируют ли определенные комбинации или “модули” генов с клеточной ВИЧ-инфекцией.
Генетические сигнатуры
Они обнаружили два гена, один из которых состоял из 60 генов, а другой из 85 генов – из тысяч впервые исследованных генов, – которые сильно коррелировали с сохраненной ВИЧ-инфекцией.
Еще раз сузив круг поиска, они обнаружили четыре гена, связанных с ВИЧ–инфекцией, которые управляли подавлением транскрипции генов – другими словами, гены, которые приказывали другим генам отключаться. Пять других генов сохраняли клетки в неактивном состоянии, гарантируя, что они не смогут слишком легко начать дифференцироваться, что сократило бы их жизнь.
Три из них отвечают за отключение генов, как только клетка выполняет определенную генетическую работу, что позволяет предположить, что именно они превращают клетки в резервуары после того, как они проходят процесс интеграции с ВИЧ. Эти гены существуют главным образом для защиты клеток от вызванных вирусом токсических процессов, которые могут их повредить. Другими словами, ВИЧ может воспользоваться преимуществами тех самых генетических процессов, которые были разработаны для ограничения вирусного повреждения. И несколько других генов непосредственно участвуют в восстановлении ядерной и митохондриальной ДНК, которая изнашивается и повреждается – именно это происходит при вирусной интеграции.
“Все это означает, – сказал доктор Бориц, – что у нас наконец-то есть способ заставить клетки-резервуары выявить их характерные генетические признаки; что теперь мы знаем в деталях, как выглядят эти генетические признаки; и что эти генетические признаки в точности соответствуют ожиданиям”.
Это означает, что методы лечения, направленные как на “пробуждение” клеток-резервуаров, так и на их специфическую самоиндуцированную гибель, в будущем могут быть гораздо более целенаправленными. Это может даже привести к тому, что ВИЧ перестанет накапливаться в резервуаре и станет пожизненной инфекцией.
В настоящее время это все лабораторные исследования. Но у нас наконец-то есть результаты анализа, которые могут позволить нам гораздо эффективнее воздействовать на лечение ВИЧ и иммуномодулирующую терапию.
Рекомендации
Бориц Э. и др. Транскрипционные программы подавления ВИЧ и выживания клеток в ВИЧ-инфицированных CD4-Т-клетках памяти при антиретровирусной терапии. 24-я Международная конференция по СПИДу, Монреаль, аннотация OALBX0102, 2022.
Ознакомиться с тезисами можно на веб-сайте конференции.
Обновление: После презентации на конференции это исследование было опубликовано в рецензируемом журнале:
Clark I и соавт. Признаки подавления ВИЧ и выживаемости клеток в резервуарах инфицированных Т-клеток. Nature, 614: 318-325, январь 2023.
