Белки могут остановить серьезные цитокиновые бури, наблюдаемые у пациентов с COVID-19

коронавирус, COVID-19
                На этом изображении, полученном с помощью трансмиссионного электронного микроскопа, показан SARS-CoV-2, также известный как 2019-нCoV, вирус, вызывающий COVID-19, выделенный от пациента в США. Показано, что вирусные частицы выходят с поверхности клеток, культивируемых в лаборатории. Шипы на внешнем краю вирусных частиц дают коронавирусам свое название, похожее на корону. Кредит: НИАИД-РМЛ

Одной из определяющих особенностей Covid-19 является чрезмерный иммунный ответ, который может возникнуть в тяжелых случаях. Этот всплеск иммунной избыточной реакции, также называемый цитокиновым штормом, повреждает легкие и может привести к летальному исходу.
                                                                                       

Команда исследователей Массачусетского технологического института разработала специализированные белки, сходные по структуре с антителами, которые, по их мнению, могут поглощать эти избыточные цитокины.

«Идея заключается в том, что они могут вводиться в организм и связываться с избыточными цитокинами, генерируемыми цитокиновым штормом, удаляя излишние цитокины и ослабляя симптомы инфекции», — говорит Руи Цин, исследователь-исследователь из Массачусетского технологического института, который является одним из старших авторов исследования.

Исследователи сообщили о своих первоначальных результатах в журнале Quarterly Review of Biophysics (QRB) Discovery, и теперь они надеются начать тестирование своих белков в клетках человека и на животных моделях высвобождения цитокинов и коронавирусной инфекции.

Шугуан Чжан, главный научный сотрудник Лаборатории молекулярной архитектуры MIT Media Lab, также является старшим автором статьи. Шилей Хао, приглашенный ученый из Массачусетского технологического института, является ведущим автором исследования, а Дэвид Джин, генеральный директор и президент Avalon GloboCare, также является автором.

Молекулярная губка

Работа исследователей по блокированию цитокиновых бурь возникла в результате проекта, который Чжан начал 10 лет назад с разработки модифицированных версий встроенных в мембрану белков. Эти белки обычно трудно изучать, потому что, как только они извлечены из клеточной мембраны, они сохраняют свою структуру, только если они суспендированы в специальных типах моющих средств.

Проработав эту проблему в течение нескольких лет, Чжан и Цин разработали метод модификации гидрофобных областей этих белков, делающий их растворимыми в воде и значительно облегчающими изучение. Их метод, называемый QTY-кодом, требует замены некоторых гидрофобных аминокислот на гидрофильные аминокислоты, которые имеют сходную структуру. Лейцин превращается в глютамин, изолейцин и валин превращаются в треонин, а фенилаланин превращается в тирозин.

После разработки кода QTY Джин обратился к лаборатории Чжана с идеей создания растворимых в воде версий белков, известных как рецепторы цитокинов. Эти рецепторы находятся на поверхности иммунных клеток, где они связываются с цитокинами — сигнальными белками, которые стимулируют воспаление и другие иммунные реакции.

Джин полагал, что белки, которые имитируют эти цитокиновые рецепторы, могут помочь в борьбе с цитокиновыми бурями, которые могут быть вызваны вирусными или бактериальными инфекциями, включая ВИЧ и гепатит. Они также могут возникать как побочный эффект иммунотерапии рака.

В апреле 2019 года команда Чжана приступила к разработке белков, которые могли бы поглощать эти избыточные цитокины, как губка. Для этого они использовали код QTY для создания водорастворимых версий цитокиновых рецепторов. Когда белки растворимы в воде, они могут эффективно проходить через кровоток человека, в то время как оригинальные гидрофобные версии белков, вероятно, будут прилипать к клеткам, с которыми они столкнулись.

Исследователи также прикрепили сегмент антитела, называемый областью Fc, к их водорастворимым рецепторным белкам. Эта область способствует дальнейшей стабилизации белков в кровотоке и снижает вероятность их нападения со стороны иммунной системы.

Исследователи разработали белки, которые имитируют шесть различных рецепторов цитокинов, которые могут связываться с цитокинами, такими как интерферон и интерлейкин, а также с классом цитокинов, называемых хемокинами. В ходе лабораторных испытаний силы связывания белков исследователи обнаружили, что их модифицированные белки способны связываться с цитокинами с такой же силой, что и природные рецепторы цитокинов.

«Рецепторы цитокинов, которые мы разработали, впитают большинство избыточных цитокинов, которые выделяются во время цитокиновой бури», — говорит Джин.

Управляемый любопытством

В марте, когда появились данные, свидетельствующие о том, что вирус SARS-CoV-2 вызывал у некоторых пациентов цитокиновые бури, исследователи поняли, что разработанные ими рецепторные белки могут помочь. Они решили быстро опубликовать результаты, полученные ими до сих пор, и теперь планируют провести дополнительные тесты на клетках человека и на животных моделях инфекции Covid-19.

Потенциальная полезность этого подхода подчеркивает важность «исследований на основе любопытства», говорит Чжан.

«Как оказалось, наше исследование, начатое в апреле 2019 года, имеет прямое отношение к лечению пациентов, инфицированных Covid-19», — говорит он. «Исследования на основе любопытства или даже упреждающие исследования часто приводят к готовности, что является ключом к предотвращению будущих бедствий».

Исследователи подали заявки на патенты на белки, которые они разработали, а также на их общий подход к созданию водорастворимых рецепторов цитокинов. Они надеются быстро лицензировать технологию и сотрудничать с фармацевтическими и биотехнологическими компаниями, которые могут помочь перейти к клиническим испытаниям.

«Очевидно, что этот подход потребует дальнейших исследований на животных и, возможно, клинических исследований на людях», — говорит Джин. «Но мы уверены, что это открытие будет способствовать клиническому применению для борьбы с вирусными заболеваниями, которые включают цитокиновые бури».

Spread the love