Исследование показывает, как ротавирус приводит к тяжелым желудочно-кишечным заболеваниям.

Ротавирус - основная причина диареи и рвоты, особенно у детей, что дает примерно 128, 000 смертей ежегодно.

Вирус вызывает заболевание, заражая клетки энтероцитов в тонкой кишке, но только часть восприимчивых клеток имеет вирус.

В середине 90-х гг. ученые предположили, что небольшая часть инфицированных клеток способствует тяжелому заболеванию, посылая сигналы, которые нарушают нормальную функцию соседних неинфицированных клеток, но природа сигнала осталась загадкой.

В текущем исследовании, опубликованном в журнале Наука , группа исследователей из Медицинского колледжа Бейлора обнаружила, что клетки, инфицированные ротавирусом, выделяют сигнальные молекулы, идентифицированный как аденозиндифосфат (АДФ), который связывает свой клеточный рецептор P2Y1 на соседних клетках.

Активация P2Y1 с помощью АДФ приводит к сигналам, называемым межклеточными кальциевыми волнами в этих неинфицированных клетках. Нарушение связывания АДФ с его рецептором снижает тяжесть диареи на мышиной модели заболевания, предполагая, что нацеливание на P2Y1 может быть эффективной стратегией борьбы с вирусной диареей в человеческих популяциях.

<цитата>

В наших предыдущих исследованиях с использованием флуоресцентных датчиков кальция и покадровой съемки, мы обнаружили, что инфицированные ротавирусом клетки демонстрируют аберрантные кальциевые сигналы, которые мы можем визуализировать как яркие импульсы межклеточных кальциевых волн, исходящие от инфицированных клеток. Было известно, что передача сигналов кальция связана с различными аспектами ротавирусной инфекции, и наша работа выявила динамический характер изменений, вызванных ротавирусом. . "

Д-р Джозеф Хайзер, Автор-корреспондент исследования, доцент, Вирусология и микробиология, Медицинский колледж Бейлора

Хайзер также является членом Центра метагеномных и микробиомных исследований Alkek в Бейлоре. «Было известно, что передача сигналов кальция связана с различными аспектами ротавирусной инфекции, и наша работа выявила динамический характер изменений, вызванных ротавирусом».

В текущем исследовании исследователи провели эксперименты с использованием более низкой дозы вируса и заметили, что не только инфицированные вирусом клетки демонстрировали динамическую передачу сигналов кальция, но также соседние неинфицированные клетки, окружающие инфицированные клетки, производили импульсы кальциевых волн, которые были согласованы с импульсами инфицированных клеток.

Это наблюдение предполагает, что инфицированные клетки могут запускать межклеточные кальциевые волны в неинфицированных клетках.

Исследователи связали свое наблюдение с концепцией, предложенной в середине 90-х, предполагавшей, что инфицированные ротавирусом клетки посылают сигналы соседним неинфицированным клеткам, которые нарушают их функции. способствуя диарее и рвоте.

"Наши видеозаписи живой флуоресцентной микроскопии, показывающие передачу сигналов межклеточной кальциевой волны как в инфицированных ротавирусом, так и в неинфицированных клетках, предоставили беспрецедентные средства для исследования природы предполагаемого сигнала, которые не были идентифицированы, "сказал первый автор доктор Александра Л. Чанг-Грэм, доктор медицинских наук. студентка программы подготовки медицинских ученых, получившая степень доктора философии. диссертация работает в лаборатории Hyser.

Нахождение сигнала

Чанг-Грэм, Хайзер и их коллеги работали с тремя различными лабораторными моделями, чтобы определить сигнал, запускающий межклеточные кальциевые волны на неинфицированных клетках.

Они использовали клеточную линию почек обезьяны, обычно используемую для изучения ротавируса. Они также работали с кишечными энтероидами человека, система культивирования, которая воспроизводит многие характеристики инфекции человека, и модель ротавирусной инфекции и диареи у новорожденных мышей.

Их исследования показали, что подозреваемые триггеры кальциевых волн, такие как простагландин E2 и оксид азота, не вызывало кальциевого ответа. Затем они проверили АТФ и АДФ, известные медиаторы передачи сигналов кальция, которые ранее не были связаны с ротавирусной инфекцией.

Они обнаружили, что инфицированные ротавирусом клетки запускают межклеточные волны кальция, высвобождая АДФ, который связывается с его рецептором, P2Y1, на неинфицированных соседних клетках. Выбивая ген P2Y1, что предотвращает передачу сигналов ADP, снижение межклеточных волн кальция.

«В трех модельных системах мы постоянно находили доказательства того, что инфицированные ротавирусом клетки сигнализируют неинфицированным клеткам с помощью АДФ и что это способствует серьезности заболевания, - сказал Чанг-Грэм. - Мы считаем, что это сдвиг парадигмы. ADP, раньше даже не было на радаре ".

Передача сигналов АДФ участвует в запуске тяжелых симптомов ротавируса.

Дальнейшие исследования выявили ранее неизвестную роль АДФ в ротавирусной инфекции и репликации. привлечь внимание к АДФ как важному триггеру множества факторов, вызывающих тяжелую диарею и рвоту, вызванные ротавирусом.

Например, исследователи обнаружили доказательства того, что передача сигналов АДФ увеличивает ротавирусную инфекцию, экспрессия воспалительного цитокина IL1-альфа и секреция серотонина, индуктор диареи.

Передача сигналов АДФ также увеличивает экспрессию ферментов, вырабатывающих простагландин и оксид азота, потенциально вызывая увеличение этих соединений, наблюдаемое при ротавирусной инфекции. Предотвращение передачи сигналов АДФ и межклеточных кальциевых волн снижает выработку вышеупомянутых соединений.

"Наконец-то, мы определили, что ингибирование рецептора P2Y1 снижает тяжесть диареи, вызванной ротавирусом, на модели мышей, "Сказал Чанг-Грэм.

"Используя межклеточные кальциевые волны, ротавирус усиливает свою способность вызывать заболевание за пределами клеток, которые он непосредственно заражает. Это первый вирус, который активирует АДФ-опосредованные межклеточные кальциевые волны. Это может быть стратегия, которую другие вирусы также используют, чтобы вызвать болезнь у своих хозяев ».

"Наши результаты добавляют новый и очень мощный сигнальный путь к причинным механизмам ротавирусной диареи, "Сказал Хайзер.

"Что касается лечения, это интересно, потому что в настоящее время некоторые препараты, нацеленные на P2Y1, проходят доклинические испытания как препараты, препятствующие свертыванию крови. Не исключено, что такие препараты можно будет перепрофилировать, если доказано, что он безопасен для детей, для лечения диареи, вызванной ротавирусной инфекцией ».

• Ученые совершили прорыв в изучении фермента, участвующего в синдроме запаха рыбы
• Специфическая бактериальная мРНК играет ключевую роль в симбиозе между Vibrio fischeri и кальмарами.