Это изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывает SARS-CoV-2 (круглые синие объекты), появляющиеся с поверхности клеток, культивируемых в лаборатории.

По мере того, как ученые всего мира разрабатывают вакцины и методы лечения COVID-19, спасающие жизнь, многие до сих пор задаются вопросом, почему у одних людей болезнь оказывается смертельной, а у других — легкой.

Чтобы решить эту загадку, ученым необходимо глубокое понимание того, как многие типы иммунных клеток организма реагируют на SARS-CoV-2, вирус, вызывающий COVID-19.

Новое международное исследование, проведенное учеными из Института иммунологии Ла-Хойи (La Jolla Institute for Immunology, LJI), Университета Ливерпуля (University of Liverpool) и Университета Саутгемптона (University of Southampton), первым дает подробный снимок того, как CD4+ Т-клетки организма реагируют на вирус SARS-CoV-2. Среди результатов их работа предполагает, что на ранних этапах болезни у пациентов, госпитализированных с тяжелыми случаями COVID-19, вырабатывается новая подгруппа Т-клеток, которая потенциально может убивать В-клетки и снижать выработку антител.

Увеличение отдельных клеток

«В этом исследовании используется последовательность одноклеточной РНК для анализа молекул РНК, экспрессируемых CD4+ Т-клетками, которые специфически распознают SARS-CoV-2»,— говорит доцент LJI Пандуранган Виджаянанд (Pandurangan Vijayanand), доктор медицины, доктор философии, который долгое время руководил исследованием. Соавтор Кристиан Х. Оттенсмайер (Christian H Ottensmeier), доктор медицины, доктор философии, FRCP, профессор Ливерпульского университета и адъюнкт-профессор LJI. «Это позволяет нам впервые показать полную природу клеток, которые реагируют на этот вирус».

«Это начало»,— говорит Оттенсмайер, ученый-медик, который руководил исследованием. «Нам нужно было иметь ссылку, чтобы оглянуться назад для дальнейших исследований, и эта работа является новой, своевременной, подробной, инновационной и открытой».

Виджаянанд и его коллеги из LJI первыми начали использовать последовательность одноклеточной РНК в иммунологии. РНК-последовательность дает исследователям новое окно в шаблон экспрессии генов, которые могут изменить иммунный ответ каждого человека на вирус. В новом исследовании исследователи сосредоточились на CD4+ Т-клетках, которые играют важную роль в борьбе с инфекцией.

«CD4 + Т-клетки играют центральную роль в организации иммунного ответа»,— говорит соавтор исследования Бенджамин Мекифф (Benjamin Meckiff), доктор философии, научный сотрудник LJI. «Это гетерогенная популяция иммунных клеток, выполняющих широкий спектр функций и мы смогли специально проанализировать их реакцию на SARS-CoV-2».

Виджаянанд и Оттенсмайер планировали использовать последовательность одноклеточной РНК для анализа CD4+ Т-клеток у пациентов, госпитализированных по поводу гриппа в этом году. Когда разразилась пандемия, в начале марта, исследователи подали заявку на разрешение использовать образцы от пациентов с COVID-19.

«Мы собирали соответствующие образцы на самом раннем этапе пандемии»,— говорит Виджаянанд.

Исследователи изучили образцы 40 пациентов с COVID-19 в двух группах. В госпитализированную группу вошли 22 пациента (из них девять лечились в отделении интенсивной терапии). В негоспитализированную группу вошли 18 пациентов, у которых были более легкие симптомы COVID-19.

Ученые использовали одноклеточную РНК-секвенцию для анализа типов CD4+ Т-клеток, которые отвечают на SARS-COV-2 у этих пациентов. Каждый тип Т-клеток играет определенную роль в борьбе с вирусами: некоторые («вспомогательные» CD4+ Т-клетки) предупреждают организм об инфекции и привлекают другие иммунные клетки, в то время как другие (клетки TFH) сигнализируют В-клеткам о выработке антител. Наконец, некоторые (регуляторные Т-лимфоциты) выполняют важную работу по подавлению других Т-клеток, не давая иммунной системе повредить собственные ткани организма.

«Есть несколько разновидностей Т-клеток, которые реагируют на этот вирус»,— говорит Виджаянанд.

Исследователи предупреждают, что исследования на людях носят только корреляционный характер и не могут сделать вывод о том, что определенные популяции Т-лимфоцитов определяют тяжесть заболевания. Они действительно считают, что некоторые результаты требуют более внимательного изучения.

Например, ученые обнаружили, что госпитализированные пациенты имеют более высокий уровень «цитотоксических» клеток TFH, что потенциально может усугубить инфекцию. Вместо того, чтобы выполнять свою работу и помогать В-клеткам вырабатывать антитела цитотоксические клетки TFH, обнаруженные в этом исследовании, были очень похожи на клетки, убивающие В-клетки в предыдущих исследованиях. Затем исследователи изучили концентрацию антител специфичных для SARS-CoV-2 у пациентов. Те, у кого были дисфункциональные клетки TFH, также имели меньше антител.

«Клетки TFH у госпитализированных пациентов показали генные сигнатуры, которые предполагают, что они дисфункциональны и не оказывают той помощи В-клеткам, которую мы ожидали»,— говорит Мекифф.

Базовый уровень для будущих исследований

В целом, исследование дает научному сообществу отправную точку для изучения ответа CD4+ T-клеток на SARS-CoV-2, а работа устанавливает базовый уровень для сравнения ответов людей с течением времени или с различной степенью тяжести заболевания. Чтобы поддержать эти усилия, исследователи немедленно сделали свои данные доступными в Интернете, всего через два месяца после начала проекта.

«Мы должны были действовать быстро»,— говорит соавтор исследования Сиро Рамирес-Суастеги (Ciro Ramírez-Suástegui), специалист по биоинформатике в LJI. «Важно, чтобы данные были доступны для всех».

«Определенно есть что исследовать»,— добавляет соавтор исследования Висенте Фахардо (Vicente Fajardo), технический специалист LJI, который вместе с Рамирес-Суастеги возглавлял биоинформатический анализ.

Фактически данные и метод исследования могут быть важны не только для исследования инфекционных заболеваний. Оттенсмайер объясняет, что лучшее понимание того, как организм реагирует на вирусы также может помочь в будущих исследованиях иммунотерапии рака, которые будут использовать собственную иммунную систему организма для нацеливания и уничтожения раковых клеток.

«Этим исследованием мы использовали наше давнее сотрудничество для решения новой головоломки, связанной со здоровьем человека»,— говорит Оттенсмайер. «В дальнейшем мы можем расширить это понимание того, что происходит в крови в ответ на новые вирусы, до понимания того, что происходит в тканях, когда наша иммунная система борется с раком».

Оттенсмайер и Виджаянанд работают над дальнейшим анализом пациентов с COVID-19, а также планируют расширить свое сотрудничество с более широким сообществом Ливерпульского университета.

Исследование под названием «Дисбаланс регуляторных и цитотоксических SARS-CoV-2-реактивных CD4+ Т-клеток при COVID-19» («Imbalance of regulatory and cytotoxic SARS-CoV-2-reactive CD4+ T cells in COVID-19») было поддержано Национальными институтами здравоохранения (National Institutes of Health, гранты U19AI14274, U19AI142742-0S1, U19AI118626, R01HL114093, R35-GM128938, S10RR027366, S10OD025052), Фонд Уильяма К. Боуэса-младшего (William K. Bowes Jr Foundation), Фонд Уиттакера (Whittaker Foundation), Сеть клинических исследований Уэссекса (Wessex Clinical Research Network) и Национальный институт исследований в области здравоохранения Великобритании (National Institute of Health Research UK).

Среди дополнительных авторов исследования — соавтор Серена Дж. Чи (Serena J. Chee), Энтони Куснади (Anthony Kusnadi), Хейли Саймон (Hayley Simon), Саймон Эшвайлер (Simon Eschweiler), Альба Грифони (Alba Grifoni), Эмануэла Пелоси (Emanuela Pelosi), Даниэла Вайскопф (Daniela Weiskopf), Алессандро Сетте (Alessandro Sette), Ферхат Эй (Ferhat Ay) и Грегори Сьюмуа (Grégory Seumois).

DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.10.001

Источник: EurekAlert


СВЯЗАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ПОПУЛЯРНЫЕ СООБЩЕНИЯ

Галлюцинации имплантированы в мозг мыши с использованием света

Астронавты Аполлона оставили мусор, сувениры и эксперименты на Луне

В Лаосе обнаружено более ста погребальных «кувшинов»

Правда о коронавирусе выходит на свет