Когда у нас герпес, причина, скорее всего, связана со стрессом. В частности, нейроны, в которых находится вирус простого герпеса (ВПГ), испытывают стресс. Впервые исследователи из Медицинской школы Университета Северной Каролины обнаружили клеточный механизм, который позволяет вирусу реактивироваться. Они также обнаружили, как клетки мозга обманом заставляют кусочки вируса ускользать из очень репрессивной среды в нейронах и вызывают болезни.
ВПГ обнаруживается примерно у 90 процентов населения Соединенных Штатов и приводит к герпесу, рецидивирующим глазным инфекциям, поражениям половых органов и в редких случаях энцефалиту – воспалению головного мозга, от которого смертность составляет 30 процентов (от 70 до 80 процентов при отсутствии лечения ). Его близкородственный вирус, VZV, также вызывает ветряную оспу и опоясывающий лишай.
"Белки, которые, как мы показали, важны для реактивации вирусов, почти исключительно обнаруживаются в нейронах, поэтому они действительно представляют собой хорошую терапевтическую мишень," сказала Анна Клифф, доктор философии, первый и соавтор-корреспондент исследования и научный сотрудник отдела клеточной биологии и физиологии. "Мы знаем, что стресс вызывает реактивацию вирусов. Мы выяснили, как стресс на клеточном уровне способствует реактивации вируса."
Это исследование, опубликованное сегодня в журнале Cell Host and Microbe, было проведено с использованием первичных нейронов мышей. Но исследователи заявили, что задействованные клеточные пути обнаружены в нейронах человека.
"Мы взволнованы возможностью того, что этот путь активации стресса существует у людей," сказал Моханиш Дешмук, старший автор статьи и профессор клеточной биологии и физиологии в UNC. "Все элементы этих путей находятся в нейронах человека. И мы знаем, что стресс реактивирует вирус простого герпеса у людей."
Ранее было обнаружено, что ВПГ бездействует в нейронах. Дешмук специализируется на выживании и смерти нейронов. Он задавался вопросом, может ли ВПГ "выбирает" нейроны как хозяева, потому что клетки мозга выживают; в отличие от других типов клеток, нейроны очень устали вызывать гибель клеток, даже если они инфицированы вирусом.
Опыт Клиффа как вирусолога позволил команде Дешмука исследовать, как ВПГ реактивируется в нейронах. В качестве первого шага Дешмук и Клифф создали экспериментальный тест, чтобы заставить вирус стать латентным в первичных нейронах мыши в чашке, а затем снова активироваться. Это позволило им изучить специфические клеточные белковые пути, которые могут быть вовлечены в вирусную реактивацию.
Они задавались вопросом, способен ли вирус определять, когда нейроны находятся в состоянии стресса, и активировать путь выхода. Они сосредоточились на белке под названием JNK, который был связан со стрессом. Клифф добавил в блюдо из нейронов мыши химические вещества, имитирующие потерю фактора роста нервов, который необходим нейронам для сохранения здоровья. Она также использовала кортикостероид – естественный гормон стресса, который, как ранее было показано, активирует путь JNK и вызывает гибель нейронов.
"Когда наш организм находится в состоянии стресса, мы выделяем высокий уровень кортикостероидов," Клифф сказал. "Таким образом, использование его в этом эксперименте было хорошим способом имитировать то, что может происходить в организме."
Изучая клетки, они обнаружили, что путь белка JNK, который включает белки, называемые DLK и JIP3, был активирован непосредственно перед тем, как вирус начал покидать нейроны.
"Затем мы использовали химический ингибитор, чтобы заблокировать путь JNK, чтобы увидеть, остановило ли это реактивацию вируса," – сказал Дешмук, член Центра нейробиологии UNC. "И это произвело впечатляющий эффект. Когда мы подавили JNK, вирус больше не мог реактивировать."
Когда исследователи внимательно присмотрелись, они обнаружили, что вирус герпеса можно реактивировать, даже если вирусная ДНК в нейронах все еще находится в подавленном состоянии. То есть гистоны, связанные с вирусной ДНК, не подверглись деметилированию – процессу, который позволяет плотно упакованной ДНК стать более открытой, чтобы могла произойти экспрессия генов, включая экспрессию генов HSV, что было именно тем, что нужно вирусу для реактивации.
"Большинство ученых, изучающих геном, будут удивлены этим открытием," Дешмук сказал. "Метильные метки – эти эпигенетические модификации – необходимо удалить, прежде чем можно будет открыть ДНК. И это правда. Но мы нашли отличный случай, когда мы видим экспрессию генов даже в присутствии метильных меток."
Эксперименты Клиффа показывают, что вирус нашел способ изменить свой хроматин – плотно упакованную ДНК – прямо рядом с метками метила. Это происходит за счет фосфорилирования гистона, прилегающего к метильной метке.
"Можно сказать, что метильные метки действуют как тормоза, препятствующие экспрессии генов," Дешмук сказал. "И это фосфорилирование ослабляет тормоза ровно настолько, чтобы могла произойти небольшая экспрессия вирусных генов. Это называется переключением метила / фосфора."
Фосфорилирование также зависело от активации пути JNK. Таким образом, эксперименты связывают активируемый стрессом путь с самыми ранними изменениями вирусной ДНК.
Команда Дешмука обнаружила, что как только начальные тормоза ослаблены, полная экспрессия вирусного гена требует удаления репрессивного метилирования гистонов, что позволяет вирусу завершить процесс реактивации. Это, в свою очередь, приводит к полному образованию вируса вне нейрона. Отсюда возникают болезненные состояния, такие как герпес и энцефалит.
Следующим шагом является создание этой модели инфицирования и реактивации ВПГ в нейронах человека, что еще не было выполнено. Если это возможно, и если путь JNK имеет решающее значение для реактивации вируса у людей, тогда можно будет разработать методы лечения заболеваний, связанных с HSV, а также его близкородственными вирусами.