В новом исследовании исследователи продемонстрировали, что в редких случаях вирусы гриппа, пораженные одной мутацией, могут преодолеть свой недостаток с помощью других мутаций — явление, известное как эпистаз.«Термин« эпистаз »означает, что совместный эффект двух отдельных мутаций нельзя предсказать заранее», — сказал научный сотрудник TSRI и первый автор исследования Николас Ву. «По отдельности каждая из этих мутаций убивает вирус, но вместе они компенсируют вредное воздействие друг друга».Неожиданная находка, опубликованная сегодня в журнале Cell Host Microbe, может иметь значение для разработки вакцин против гриппа и лекарств. «Это исследование показывает, что эволюция вируса гриппа может нас удивить, — сказал Ву, — но если мы заранее узнаем, какие мутации могут происходить в определенном участке вируса, мы сможем лучше понять, что это такое. как разработать лекарства или антитела для нацеливания на этот сайт ».«Давно было мечтой узнать, куда может пойти грипп, а не где он был», — сказал Ричард Лернер, профессор иммунохимии Литы Анненберг Хазен в TSRI. Лернер руководил новым исследованием вместе с Яном Уилсоном, профессором структурной биологии Хансена и председателем кафедры интегративной структурной и вычислительной биологии в TSRI.
В новом исследовании Ву и его коллеги намеревались выяснить, какие мутации вируса гриппа могут переносить. Они использовали методы генной инженерии, чтобы ввести случайные мутации в сайт связывания рецептора (RBS) гемагглютинина, остроконечного грибовидного белка, отображаемого на поверхности вируса гриппа. Гемагглютинин позволяет вирусу прилипать к мембранам клеток-хозяев и сливаться с ними, а RBS играет решающую роль в обеспечении первого этапа этого процесса связывания.
Команда представила различные комбинации одиночных, двойных и даже тройных мутаций в RBS-сайте штаммов гриппа H1N1 и H3N2, а затем позволила вирусам размножаться. Затем они использовали метод, называемый секвенированием следующего поколения, чтобы провести быструю перепись различных мутаций, присутствующих в их вирусной популяции.Чтобы охарактеризовать жизнеспособность или «эффект пригодности» различных индивидуальных мутаций и комбинаций мутаций, ученые TSRI заразили культуры клеток млекопитающих мутантными вирусами. «Те вирусы, которые не могут заразить клетки, умирают, а те, которые могут выжить, продолжают размножаться», — сказал Ву.
Через 24 часа команда провела второй раунд секвенирования следующего поколения, чтобы охарактеризовать мутации выживших вирусов. Как и ожидалось, подавляющее большинство (96 процентов) одиночных мутаций RBS оказались летальными для вируса, но очень большое количество мутаций (около 20 процентов) были полезны для вирусов в сочетании с другими мутациями.«Мы были удивлены тем, сколько комбинаций двух и трех мутаций позволяло сохранить ключевую функциональную активность рецепторного связывания», — сказал Уилсон. Он добавил, что многие из комбинаций мутаций, которые наблюдала команда, ранее не встречались в природе, и если их не принять во внимание, они могут позволить вирусам гриппа ускользнуть от антител, нацеленных на сайт RBS.
Большинство жизнеспособных комбинаций мутаций, обнаруженных командой, произошло в определенной части RBS, известной как 220-петля. Ученым давно известно, что эпистатический эффект в этой области был ответственен за то, что в прошлом штаммы птичьего гриппа могли перейти к людям, но открытие других жизнеспособных комбинаций мутаций предполагает гораздо большее функциональное разнообразие последовательностей ДНК в 220-петле. чем считалось ранее.По словам ученых, лучшее понимание того, какие комбинации мутаций допустимы, а какие нет, может помочь исследователям сузить спектр мутаций, на которые следует воздействовать антителами и противовирусными молекулами. «Это также говорит о том, что, возможно, нам следует избегать попыток нацеливаться на такие области, как 220-петля, которые кажутся относительно устойчивыми к мутациям», — сказал Ву.
По словам Уилсона, эпистаз, вероятно, не уникален для вируса гриппа. «Мы еще не искали экспериментально эпистаз у других вирусов, — добавил он, — но, возможно, действительно стоит подумать, присутствует ли он в других системах».В статью «Разнообразие функционально разрешающих последовательностей в рецептор-связывающем сайте гемагглютинина гриппа» также включены соавторы исследования Цзя Се, Тяньцин Чжэн, Корвин М. Нихолат, Герами Гранде и Джеймс С. Полсон из TSRI.