Ротавирусный белок NSP4 манипулирует кальциевой сигнализацией, влияя на исходы заболевания
Исследователи из Медицинского колледжа Бейлора и сотрудничающие с ними учреждения улучшили наше понимание того, как ротавирус, наиболее распространенная причина острого гастроэнтерита у детей, делает людей больными. Исследование, опубликованное в Science Advances, является одним из первых, показывающих, что белок ротавируса NSP4 необходим и достаточен для множества аспектов ротавирусной инфекции, нарушая сигнализацию кальция не только внутри инфицированных клеток, но и в близлежащих неинфицированных клетках. Эти нарушения в сигнализации кальция влияют на тяжесть ротавирусного заболевания, предоставляя новые сведения о том, как функция NSP4 влияет на вирулентность ротавируса. Результаты показывают, что манипулирование NSP4 может привести к новым стратегиям профилактики или лечения ротавирусных инфекций.
«Один только ротавирус является причиной четверти всех случаев тяжелого острого гастроэнтерита у детей, который обычно сопровождается водянистой диареей, рвотой, лихорадкой и болью в животе. В настоящее время от этого состояния ежегодно умирают около 500 000 детей во всем мире», — сказал автор-корреспондент доктор Джозеф Хайзер, доцент кафедры молекулярной вирусологии и микробиологии, а также сотрудник Центра метагеномных и микробиомных исследований Alkek и член Комплексного онкологического центра Дэна Л. Дункана в Бейлоре. «Хотя пероральная регидратационная терапия и вакцины на основе живого ослабленного ротавируса помогли снизить бремя острого гастроэнтерита, вызванного ротавирусом, у детей во всем мире, все еще есть возможности для улучшения».
В текущем исследовании Хайзер и его коллеги глубже изучили, как функции NSP4 во время ротавирусной инфекции влияют на тяжесть заболевания , в надежде найти новый подход к лечению или профилактике заболевания. В предыдущем исследовании исследователи обнаружили, что ротавирус запускает аберрантные сигналы кальция, известные как «межклеточные кальциевые волны», которые распространяются от инфицированных клеток к соседним неинфицированным клеткам, и что ингибирование этих сигналов снижает тяжесть заболевания.
«Результаты показали, что, вероятно, кальциевые волны способствовали репликации и вирулентности ротавируса; однако не было ясно, как вирус запускал этот сигнал», — сказал Хайзер. «У нас уже были доказательства, которые помещали NSP4 на вершину списка вирусных белков, которые могли быть вовлечены в запуск кальциевых волн».
Работая с существующими человеческими и свиными вирулентными и ослабленными штаммами ротавируса, а также с новыми генетическими рекомбинантными штаммами, полученными с помощью системы обратной генетики, группа исследовала роль NSP4 в индукции кальциевых волн и его связь с тяжестью заболевания, используя ряд экспериментальных моделей, включая клетки, выращенные в лабораторных условиях, культуры кишечных органоидов и модели животных.
Исследователи обнаружили, что способность ротавируса генерировать кальциевые волны полностью обусловлена NSP4, так что экспрессия NSP4 в клетках, даже при отсутствии ротавирусной инфекции, генерировала кальциевые волны, неотличимые от нативной инфекции.
Важно отметить, что NSP4 из ослабленных ротавирусов, которые вызывают более легкие заболевания или не вызывают их вовсе, вызывал меньше кальциевых волн, чем NSP4 из вирулентных штаммов , а введение ослабленного NSP4 в вирулентный штамм ротавируса как уменьшало количество производимых им кальциевых волн, так и снижало его способность вызывать диарею в модели на животных.
«Мы обнаружили, что способность ротавируса генерировать кальциевые волны тесно связана с NSP4, экспрессии одного NSP4 достаточно для генерации кальциевых волн, а многочисленные аспекты тяжести ротавирусного заболевания коррелируют со способностью генерировать кальциевые волны», — сказал Хайзер.
Более того, волны кальция также запускают иммунный ответ , указывая на нарушение регуляции кальция как на средство распознавания вирусов.
«В целом, данные свидетельствуют о том, что NSP4, по-видимому, участвует в индукции кальциевых волн, связанных как с тяжестью ротавирусного заболевания, так и с реакцией клеток хозяина на этот аномальный уровень кальциевой сигнализации», — сказал Хайзер.
Результаты исследования могут быть применимы не только к ротавирусу, но и к другим вирусам, несущим белки, похожие на NSP4, которые могут быть вовлечены в нарушение кальциевой сигнализации.
Другие авторы этой работы включают J. Thomas Gebert, Francesca J. Scribano, Kristen A. Engevik, Ethan M. Huleatt, Michael R. Eledge, Lauren E. Dorn, Asha A. Philip, Takahiro Kawagishi, Harry B. Greenberg и John T. Patton. Авторы связаны с одним или несколькими из следующих учреждений: Медицинский колледж Бейлора, Университет Индианы и Медицинская школа Стэнфордского университета.