Исследователи ВИЧ уже давно пытаются идентифицировать конкретные клетки, в которых вирус предпочитает заражаться и скрываться. Они знают, что ВИЧ предпочитает особый тип иммунных клеток, называемых Т-клетками памяти CD4. Но эти клетки бывают разных видов, и было трудно точно установить, что делает один тип Т-клеток памяти CD4 более привлекательным для ВИЧ, чем другой.

В течение многих лет научный сотрудник Гладстона Надя Роан, доктор философии, и ее команда решали этот вопрос, анализируя Т-клетки CD4 на основе набора белков, которые они несут на своей поверхности. Недавно они обратили внимание на другой тип молекул на поверхности клетки: сахара.

Роан объединился с Мохамедом Абдель-Мохсеном, доктором философии, адъюнкт-профессором Института Вистар и специалистом по клеточному механизму, который синтезирует сахара. Вместе ученые обнаружили удивительно разные структуры сахаров на разных иммунных клетках и интригующее взаимодействие между ВИЧ и сахарами, покрывающими CD4 Т-клетки. Они сообщают о своих выводах в журнале eLife .

«Один из самых поразительных выводов нашего исследования заключается в том, что количество одного типа поверхностного сахара может различать Т-клетки памяти CD4 с совершенно разными биологическими особенностями и восприимчивостью к ВИЧ-инфекции», — говорит Роан, который также является доцентом урологии в Калифорнийском университете в Сан-Франциско и со-старшим автором исследования.

В работе также демонстрируется новый метод изучения отдельных клеток из больших популяций, который может привести к более детальной картине клеточного разнообразия.

«Существует огромное разнообразие сахаров клеточной поверхности», — говорит Абдель-Мохсен, соавтор исследования. «Но они были недостаточно изучены, отчасти потому, что их труднее отследить, чем белки. Сортируя большие популяции клеток на основе их профилей сахара и белка, мы можем открыть новые классы клеток, которые ускользали от более ранних исследований и могли бы содержать ключ». к решению важных биологических проблем».

Изучение сахаров, покрывающих отдельные клетки

Исследователи изучили различные цепочки простых молекул сахара. Цепи различаются по длине, характеру ветвления и типу содержащихся в них сахаров, и известно, что они влияют на ряд свойств клеток.

«Мы задались вопросом, в какой степени сахар клеточной поверхности может помочь нам различать разные типы клеток в популяции иммунных клеток», — говорит Тонгкуй Ма, доктор философии, первый автор исследования и ученый из Гладстона.

Чтобы ответить на этот вопрос, команда Роана адаптировала метод под названием CyTOF, который они ранее использовали для изучения белкового профиля отдельных иммунных клеток. CyTOF использует антитела для идентификации специфических белков и может регистрировать присутствие, отсутствие и количество почти 40 различных белков одновременно. В этом исследовании команда заменила пять антител CyTOF пятью различными лектинами, молекулами, которые могут распознавать различные типы сахаров.

«У нас не столько лектинов, сколько антител», — говорит Абдель-Мохсен. «Но мы знаем о нескольких лектинах, которые могут различать различные сахара с разной формой и молекулярным составом, и мы планируем расширить нашу работу, используя новые лектины в будущем».

С помощью модифицированного CyTOF, который они назвали CyTOF-Lec, ученые проанализировали иммунные клетки из крови и тканей доноров-людей. Они обнаружили, что структура сахаров различалась в зависимости от того, откуда взялись клетки — кровь, миндалины, репродуктивный тракт — и к какому типу иммунных клеток они относились — Т-клетки CD4, другие Т-клетки, В-клетки, продуцирующие антитела.

«Теперь у нас есть хороший набор инструментов для детального анализа комбинации белков и сахаров, присутствующих в отдельных клетках», — говорит Роан. «А поскольку все клетки в организме несут сахар на своей поверхности, мы считаем, что CyTOF-Lec будет полезен для более широкой области биомедицинских исследований».

Сладкоежка ВИЧ

Воодушевленные этим открытием, ученые затем применили CyTOF-Lec к Т-клеткам CD4, которые они впервые подвергли воздействию ВИЧ в лаборатории. Не все CD4 Т-клетки инфицируются ВИЧ, и команда Роана и другие за эти годы обнаружили некоторые белковые структуры, которые помогают идентифицировать наиболее восприимчивые клетки.

Ученым также известно, что после проникновения в клетку ВИЧ изменяет белки, которые клетка помещает на свою поверхность, — явление, называемое вирусным ремоделированием. Команда Роана разработала биоинформатический инструмент под названием PP-SLIDE для реконструкции профиля клетки до того, как она заразится и ремоделируется ВИЧ.

Объединив CyTOF-Lec с PP-SLIDE, команда сделала два важных открытия.

Во-первых, оказалось, что ВИЧ предпочтительно инфицирует Т-клетки памяти CD4 с наибольшим количеством двух типов сахаров на их поверхности: фукозы и сиаловой кислоты. Дальнейшие эксперименты подтвердили, что один из этих сахаров, сиаловая кислота, действительно необходим ВИЧ для эффективного заражения Т-клеток CD4.

Во-вторых, ВИЧ еще больше увеличил выработку этих двух сахаров в зараженных им клетках, указывая на то, что ремоделирование не ограничивается белками, но распространяется и на сахара.

«Интересно, что, по-видимому, существует несколько механизмов, обеспечивающих высокий уровень сиаловой кислоты в инфицированных клетках: склонность ВИЧ к клеткам с большим количеством сиаловой кислоты и его способность еще больше увеличивать количество сиаловой кислоты на поверхности», — говорит Роан. «Это может помочь ВИЧ-инфицированным клеткам выжить, поскольку сиаловая кислота связана с уклонением от иммунного надзора».

Избегая иммунного надзора, эти скрытно инфицированные клетки могут позволить ВИЧ быстро закрепиться и распространиться на большее количество участков тела. Они также могут представлять собой хорошие терапевтические мишени.

ВИЧ также прячется от иммунной защиты, оседая внутри некоторых клеток в основном в молчаливой форме. Эти молчащие (или «латентно») инфицированные клетки трудно искоренить, потому что до сих пор было невозможно однозначно отличить их от неинфицированных клеток. Теперь команда Роана планирует применить CyTOF-Lec к образцам людей, живущих с ВИЧ, в которых эти клетки сохраняются даже в присутствии антиретровирусной терапии.

«При этом мы могли бы обнаружить биомаркеры на основе сахара, которые можно было бы использовать для нацеливания и устранения этих латентно инфицированных клеток », — говорит Роан.

Конечно, эти дразнящие гипотезы нужно будет проверить с помощью дополнительных экспериментов. Но полученные на данный момент результаты делают CyTOF-Lec многообещающим новым инструментом для открытия новой клеточной биологии, включая роль сахаров в заражении вирусами, отличными от ВИЧ, такими как SARS-CoV-2 и грипп.