Вирус простого герпеса 1-го типа (ВПГ-1) наиболее известен как возбудитель герпеса губ, однако исследователи продолжают изучать, как он распространяется в тканях кожи человека и почему в отдельных случаях инфекция может приобретать тяжёлое течение.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, использовались органоиды кожи человека с волосяными фолликулами, чтобы проследить за распространением инфекции ВПГ-1 на уровне отдельных клеток. Эта модель, разработанная исследователями из Центра Макса Дельбрюка и Университетского медицинского центра Гамбург-Эппендорф, включает клетки эпидермиса и дермы, волосяные фолликулы, а также клетки, напоминающие нервные. Благодаря этому она в большей степени воспроизводит строение настоящей кожи, чем плоская культура клеток.
Трёхмерная картина распространения инфекции
Исследователи объединили методы визуализации с пространственной транскриптомикой — технологией, позволяющей измерять активность генов в отдельных клетках, сохраняя информацию об их расположении в ткани. Это дало возможность проследить, как вирус распространялся через различные слои органоида.
ВПГ-1 инфицировал не все типы клеток кожи одинаково. На ранних этапах инфекции в фибробластах дермы обнаруживалось большое количество вируса. В базальных кератиноцитах нижнего слоя эпидермиса и нескольких типах клеток волосяных фолликулов вирусная нагрузка была относительно низкой, даже когда поблизости находились инфицированные клетки. До волосяных фолликулов и чувствительных нейронов вирус добирался позднее, что позволяет предположить наличие у этих клеток определённой внутренней устойчивости к инфекции.
Полученные результаты не означают, что у человека ВПГ-1 всегда распространяется именно по этому пути. Они демонстрируют динамику инфекции в конкретной трёхмерной модели кожи, которая обеспечивает более реалистичные условия для изучения распространения вируса, чем традиционные двумерные клеточные культуры.
Клетки передают сигналы соседним клеткам
В исследовании также изучалась реакция клеток, расположенных на переднем крае распространения инфекции. В зоне продвижения инфекции фибробласты дермы активировали ген IER3, известный своей реакцией на ВПГ-1. В базальных кератиноцитах повышалась экспрессия IRF3 — регулятора противовирусной защиты.
Исследователи обнаружили, что экспрессия IRF3 повышалась не только в инфицированных кератиноцитах, но и в соседних неинфицированных клетках. Такая картина согласуется с паракринной сигнализацией — механизмом, при котором инфицированные клетки воздействуют на близлежащие клетки, помогая им подготовиться к противовирусному ответу.
Исследовательская группа также выявила пространственно скоординированную воспалительную реакцию с участием сигнальных путей семейства фактора некроза опухоли (TNF). Экспрессия TNFSF9, также известного как 4-1BBL, индуцировалась в сосочковых фибробластах дермы, тогда как экспрессия фактора некроза опухоли альфа (TNF-α) повышалась в кератиноцитах. Лабораторные тесты подтвердили секрецию этих цитокинов, а также хемокинов CXCL2 и CXCL10, экспрессия которых регулируется TNF-α.
Интерферон-бета снижал репликацию вируса в этой модели, тогда как TNF-α и 4-1BBL такого эффекта не оказывали. Это позволяет предположить, что их основная роль может заключаться в организации привлечения и активации иммунных клеток, а не в непосредственном подавлении вируса.
Почему эта модель имеет значение
ВПГ-1 обычно инфицирует чувствительные нервные клетки в области лица, где может сохраняться в латентном состоянии. В редких случаях вирус способен распространяться в центральную нервную систему и вызывать опасное для жизни воспаление головного мозга. Исследователи также изучают, может ли его пожизненное сохранение в нервной системе способствовать повреждению нервных клеток, в том числе существует ли возможная связь с болезнью Альцгеймера.
Пока модель органоидов не включает иммунные клетки и кровеносные сосуды, поэтому она не позволяет полностью воспроизвести иммунный ответ человека на инфекцию. Будущие модели, дополненные этими компонентами, могли бы помочь исследователям изучить, как организм контролирует ВПГ-1 до его проникновения в нервную систему, почему одни клетки замедляют репликацию вируса, тогда как другие способствуют ей, а также каким образом связанное с инфекцией воспаление повреждает ткани.
На данном этапе исследование предоставляет подробную карту возможных путей распространения ВПГ-1 в сложной ткани, воспроизводящей строение кожи человека, и показывает, что реакция на инфекцию неоднородна, а в значительной степени зависит от типа клеток и их расположения.
Источник: Max Delbrück Center
