Исследователи составили подробную карту непосредственных контактов между белками вируса гриппа A и человеческой клетки. Оказалось, что возбудитель не только использует внутриклеточную систему производства белков, но и разрушает небольшие структуры в ядре, высвобождая молекулы, которые помогают ему размножаться. Работа пока не предлагает готового лечения, однако указывает на ранее неизвестные возможные мишени для противовирусных препаратов.
Исследование провели специалисты Европейской лаборатории молекулярной биологии (European Molecular Biology Laboratory) при участии коллег из нескольких научных центров Германии.
Ведущим автором стала Юлия Котова (Iuliia Kotova), а исследовательскую группу возглавил Ян Косински (Jan Kosinski). Результаты опубликованы в журнале Nature Microbiology.
Вирусу недостаточно просто попасть в клетку
Вирус гриппа A содержит рибонуклеиновую кислоту (РНК) с инструкциями для производства небольшого набора собственных белков. Самостоятельно размножаться он не способен: для создания новых вирусных частиц ему приходится использовать белки, мембраны, ферменты и транспортные системы заражённой клетки.
После проникновения вирус высвобождает генетический материал. В отличие от многих других РНК-содержащих вирусов, грипп направляет его в клеточное ядро — отдел клетки, где хранится человеческая дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).
Там вирус копирует свою РНК и производит молекулы, по которым клетка начинает синтезировать вирусные белки. Затем эти белки перемещаются между ядром, цитоплазмой и системой внутриклеточных мембран, постепенно формируя новые вирусные частицы.
Для каждого этапа возбудителю необходимо взаимодействовать с определёнными белками человека. Понимание этих контактов может помочь найти уязвимые участки жизненного цикла вируса.
Почему прежние методы давали неполную картину
Обычно для изучения белковых взаимодействий клетку разрушают и извлекают её содержимое. После этого исследователи определяют, какие белки могут соединяться друг с другом.
У такого подхода есть важный недостаток. После разрушения исчезают естественные границы между ядром, цитоплазмой и другими клеточными отделами. Белки, которые в живой клетке никогда не встречаются, могут случайно соединиться в пробирке.
Одновременно слабые и кратковременные контакты способны разрушиться во время подготовки образца. Учёным становится трудно определить, какие взаимодействия действительно происходили внутри заражённой клетки, а какие появились уже после её разрушения.
Новая работа была направлена на регистрацию контактов непосредственно в целых клетках, пока их внутренняя организация ещё сохранялась.
Белки химически «сшивали» внутри клетки
Исследователи применили масс-спектрометрию с химическим сшиванием (cross-linking mass spectrometry, XL-MS).
В заражённые клетки добавляли вещество, которое образовывало химические мостики между расположенными рядом участками белков. Такое «сшивание» фиксировало непосредственных соседей в том положении, в котором они находились во время инфекции.
После этого клетки разрушали, белки расщепляли на небольшие части и анализировали с помощью масс-спектрометрии. Этот метод позволяет определять состав молекул по их массе и электрическому заряду.
Обнаружение двух соединённых фрагментов показывало, какие участки вирусного и человеческого белка находились рядом внутри клетки.
Метод не создаёт полноценную видеозапись инфекции. Скорее он сохраняет молекулярный снимок определённого этапа, позволяя увидеть сотни контактов одновременно.
AlphaFold помог построить пространственные модели
Одного списка взаимодействующих белков недостаточно для разработки лекарств. Важно понимать, какими участками молекулы соприкасаются и как располагаются относительно друг друга.
Для этого учёные объединили экспериментальные данные с изменённой системой AlphaFold — программой для предсказания пространственного строения белков и их комплексов.
Информация о химических мостиках служила дополнительным ограничением для модели. Если эксперимент показывал, что два участка белков находятся рядом, программа должна была расположить их соответствующим образом.
Такой подход особенно полезен для комплексов вирусных и человеческих белков. Для них часто недостаточно уже известных примеров строения, поэтому прогноз только на основе последовательностей может быть менее надёжным.
Результат всё равно остаётся вычислительной моделью, которую при необходимости следует подтверждать дополнительными структурными методами. Но экспериментальные данные делают её более обоснованной.
Исследование проводили на клетках лёгких
Учёные использовали выращенные в лаборатории клетки эпителия лёгких человека и заражали их лабораторно адаптированным штаммом вируса гриппа A/WSN/33 подтипа H1N1.
Эпителий — это слой клеток, покрывающий внутреннюю поверхность дыхательных путей. Он становится одной из первых мишеней вируса при естественной инфекции.
Исследователи получили карту контактов для нескольких вирусных белков, включая гемагглютинин, нейраминидазу, нуклеопротеин, неструктурный белок 1 и компоненты вирусной полимеразы.
Полимераза — это комплекс ферментов, который копирует генетический материал вируса. Нуклеопротеин связывает вирусную РНК и помогает формировать структуры, необходимые для её хранения и копирования.
Клетка помогает созревать гемагглютинину
Одним из направлений работы стало изучение гемагглютинина. Это белок на поверхности вируса, который распознаёт молекулы на клетках дыхательных путей и помогает возбудителю проникнуть внутрь.
После синтеза гемагглютинин ещё не готов к работе. Он должен правильно свернуться, получить определённые углеводные цепочки и пройти контроль качества.
Эти процессы происходят в эндоплазматической сети и аппарате Гольджи — связанных мембранных структурах, которые производят, изменяют, сортируют и перевозят клеточные белки.
Карта контактов показала, какие белки человека взаимодействуют с гемагглютинином на разных этапах его созревания. Среди них оказались молекулы, функции которых в контексте гриппа ранее были недостаточно понятны.
Вероятно, часть этих белков помогает вирусному гемагглютинину правильно свернуться и приобрести химические изменения, необходимые для формирования заразных вирусных частиц.
Однако блокировать любой такой белок без дополнительных исследований нельзя. Те же молекулы могут быть жизненно необходимы для нормальной работы клетки.
Неожиданное открытие обнаружили в ядре
Наиболее примечательные изменения исследователи увидели в параспеклах — небольших структурах внутри клеточного ядра.
Параспеклы не окружены собственной мембраной. Они формируются из длинной некодирующей РНК NEAT1 и множества связывающихся с ней белков.
Некодирующая РНК не служит инструкцией для производства белка. Вместо этого она может выполнять структурные и регулирующие функции. В параспеклах молекула NEAT1 работает как основа, вокруг которой собираются белки.
Эти структуры участвуют в удержании и перераспределении РНК-связывающих белков, реакции клетки на стресс и управлении активностью отдельных генов.
Во всех проверенных клеточных линиях и при заражении несколькими вариантами вируса гриппа параспеклы постепенно распадались.
По словам Юлии Котовой (Iuliia Kotova), постоянное повторение эффекта в разных экспериментальных условиях указывает на то, что это, вероятно, не случайное последствие повреждения клетки, а часть стратегии вируса.
Вирус разрушал параспеклы несколькими способами
Исследователи предложили механизм, включающий сразу несколько вирусных компонентов.
Нуклеопротеин и неструктурный белок 1 вируса вступали в контакт с белками параспекл. Эти взаимодействия могли менять расположение и работу компонентов ядерной структуры.
Вирусный фермент PA-X расщеплял длинную некодирующую РНК NEAT1_2 — форму NEAT1, необходимую для поддержания параспекл. При разрушении молекулярного каркаса структура начинала распадаться.
Дополнительно инфекция подавляла работу РНК-полимеразы II. Это человеческий фермент, который считывает информацию с ДНК и создаёт многие молекулы РНК, включая NEAT1.
Таким образом, вирус одновременно повреждал уже существующий каркас и мешал клетке производить материал для его восстановления.
Распад параспекл помогал вирусу размножаться
После разрушения параспекл заключённые в них РНК-связывающие белки высвобождались в ядре.
Некоторые из этих молекул вирус мог использовать для обработки и копирования своей РНК. Когда исследователи вмешивались в работу отдельных высвободившихся белков, эффективность размножения вируса менялась.
Это поддерживает предположение, что распад параспекл приносит возбудителю практическую пользу.
Возможен и второй эффект. Параспеклы участвуют в клеточных реакциях на стресс и регулировании противовирусных генов. Их разрушение потенциально может ослаблять часть естественной защиты клетки.
Однако роль параспекл сложна и зависит от типа клетки и условий. Нельзя считать их исключительно противовирусными структурами: отдельные компоненты могут в разных ситуациях как подавлять, так и поддерживать размножение вирусов.
Что такое «перехват управления» клеткой
Вирус не управляет клеткой как единым механизмом. Он изменяет множество отдельных процессов, создавая условия для собственного размножения.
В случае гриппа это включает использование:
- ядерных белков для копирования и обработки вирусной РНК;
- эндоплазматической сети для сворачивания вирусных белков;
- аппарата Гольджи для их химического изменения;
- клеточного транспорта для перемещения компонентов;
- плазматической мембраны для сборки и выхода новых вирусных частиц.
Новая карта показывает не только перечень участников этих процессов, но и предполагаемые участки непосредственного соприкосновения молекул.
Такая информация может помочь отличить белки, случайно оказавшиеся в одном клеточном отделе, от тех, которые действительно образуют физический комплекс.
Можно ли использовать результаты для создания лекарств
Теоретически лекарство может нарушать соединение вирусного белка с человеческим партнёром и тем самым останавливать один из этапов инфекции.
У такого подхода есть возможное преимущество. Вирусные белки быстро меняются, формируя устойчивость к препаратам. Человеческие белки эволюционируют значительно медленнее, поэтому направленное на них лечение потенциально может дольше сохранять эффективность.
Но воздействовать на клеточные белки сложнее с точки зрения безопасности. Если молекула необходима для нормальной работы дыхательных путей или других органов, её подавление может вызвать серьёзные нежелательные последствия.
Более перспективной мишенью иногда становится не весь белок, а узкий участок контакта, который вирус использует для присоединения. Для этого и нужны подробные пространственные модели комплекса.
Новая работа только обозначает возможные мишени. Исследователи не создавали лекарственный препарат и не проверяли лечение на животных или людях.
Результаты пока относятся к лабораторной модели
Клеточная культура позволяет тщательно контролировать условия заражения, но не воспроизводит весь организм.
Во время настоящего гриппа вирус взаимодействует с разными клетками дыхательных путей, иммунной системой, слизью и множеством сигнальных молекул. В разных тканях один и тот же белковый контакт может иметь неодинаковое значение.
Кроме того, основную карту построили для лабораторно адаптированного штамма H1N1. Этот вирус удобен для экспериментов, но отличается от современных сезонных и потенциально пандемических вариантов.
Исследование отражает определённый момент инфекции. Белковые взаимодействия могут быстро меняться: контакты, важные в первые часы, иногда исчезают на стадии сборки новых вирусных частиц.
Поэтому авторы планируют изучать разные этапы жизненного цикла возбудителя.
Метод можно применять к другим вирусам
Сочетание химического сшивания внутри клетки, масс-спектрометрии, структурного моделирования и функциональных опытов не ограничено гриппом.
Его можно адаптировать для исследования других вирусов, если удаётся безопасно выращивать заражённые клетки и получить достаточное количество материала.
По словам Бориса Богданова (Boris Bogdanow), в будущем метод может применяться к вариантам, представляющим потенциальную пандемическую угрозу, включая высокопатогенные вирусы гриппа птиц H5N1.
Это не означает, что представленная работа уже объясняет поведение H5N1 в организме человека. Для каждого вируса карту взаимодействий необходимо строить и проверять отдельно.
Исследования клеточных механизмов дополняют изучение иммунной защиты организма. Например, ранее учёные показали, что белок ApoD может подавлять противовирусный ответ и утяжелять грипп у пожилых людей.
Литература
Kotova I., Mühlberg L., Gilep K., Burtscher M. L., Becher I., Yu D., Ziemianowicz D., Stanelle-Bertram S., Beck S., Baeg K., Grba A., Duss O., Gabriel G., Savitski M. M., Liu F., Bogdanow B., Kosinski J. Mapping in-cell protein contact sites reveals hijacking of paraspeckles during influenza A virus infection // Nature Microbiology. – 2026. – DOI: 10.1038/s41564-026-02416-1.