Экспрессия неструктурного белка 1 вируса клещевого энцефалита стимулирует секрецию внеклеточных везикул, способных активировать выработку интерлейкина-1β

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Детальные механизмы патогенеза инфекций, вызванных вирусом клещевого энцефалита, несмотря на активное изучение, до сих пор остаются не полностью раскрытыми. В последнее время пристальное внимание привлекают внеклеточные везикулы, особенно везикулы малого размера, которые, как оказалось, играют важную роль в патогенезе многих вирусных инфекций. В представленной работе изучено влияние экспрессии неструктурного белка 1 (NS1) вируса клещевого энцефалита на выделение внеклеточных везикул клетками, а также оценена возможность влияния этих везикул на другие клетки. Обнаружено, что экспрессия вирусного NS1 приводит к повышению выделения клетками НЕК293Т внеклеточных везикул; изменений в профиле размеров выделяемых везикул при этом не обнаружено. Кроме того, NS1 детектируется во фракциях везикул как крупного, так и малого размера. Обнаружено, что NS1 вируса клещевого энцефалита находится не внутри везикул, а ассоциирован с их внешней поверхностью. Везикулы малого размера, полученные из среды культивирования клеток НЕК293Т, экспрессирующих NS1, способны вызывать повышение содержания мРНК и секреции интерлейкина-1бета (IL-1β) в клетках нейробластомы человека SHSY5Y. Полученные результаты, указывающие на участие белка NS1 и везикул в развитии нейровоспаления, важны для понимания молекулярных механизмов патогенеза клещевого энцефалита.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. С. Стародубова

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: estarodubova@yandex.ru
Россия, Москва, 119991

А. А. Латанова

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук

Email: estarodubova@yandex.ru
Россия, Москва, 119991

Ю. В. Кузьменко

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук

Email: estarodubova@yandex.ru
Россия, Москва, 119991

В. И. Попенко

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук

Email: estarodubova@yandex.ru
Россия, Москва, 119991

В. Л. Карпов

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук

Email: estarodubova@yandex.ru
Россия, Москва, 119991

Список литературы

  1. Chiffi G., Grandgirard D., Leib S.L., Chrdle A., Růžek D. (2023) Tick-borne encephalitis: A comprehensive review of the epidemiology, virology, and clinical picture. Rev. Med. Virol. 33, e2470.
  2. Андаев Е.И., Никитин А.Я., Толмачёва М.И., Зарва И.Д., Яцменко Е.В., Матвеева В.А., Сидорова Е.А., Колесникова В.Ю., Балахонов С.В. (2023) Эпидемиологическая ситуация по клещевому вирусному энцефалиту в Российской Федерации в 2022 г. и прогноз ее развития на 2023 г. Проблемы Особо Опасных Инфекций. 6–16.
  3. Pustijanac E., Buršić M., Talapko J., Škrlec I., Meštrović T., Lišnjić D. (2023) Tick-borne encephalitis virus: a comprehensive review of transmission, pathogenesis, epidemiology, clinical manifestations, diagnosis, and prevention. Microorganisms. 11, 1634.
  4. Worku D.A. (2023) Tick-borne encephalitis (TBE): from tick to pathology. J. Clin. Med. 12, 6859.
  5. Fares M., Cochet-Bernoin M., Gonzalez G., Montero-Menei C.N., Blanchet O., Benchoua A., Boissart C., Lecollinet S., Richardson J., Haddad N., Coulpier M. (2020) Pathological modeling of TBEV infection reveals differential innate immune responses in human neurons and astrocytes that correlate with their susceptibility to infection. J. Neuroinflammation. 17, 76.
  6. Latanova A., Karpov V., Starodubova E. (2024) Extracellular vesicles in Flaviviridae pathogenesis: their roles in viral transmission, immune evasion, and inflammation. Int. J. Mol. Sci. 25, 2144.
  7. Mishra R., Lata S., Ali A., Banerjea A.C. (2019) Dengue haemorrhagic fever: a job done via exosomes? Emerg. Microbes Infect. 8, 1626.
  8. Zhou W., Woodson M., Neupane B., Bai F., Sherman M.B., Choi K.H., Neelakanta G., Sultana H. (2018) Exosomes serve as novel modes of tick-borne flavivirus transmission from arthropod to human cells and facilitates dissemination of viral RNA and proteins to the vertebrate neuronal cells. PLoS Pathog. 14, e1006764.
  9. Zhou W., Woodson M., Sherman M.B., Neelakanta G., Sultana H. (2019) Exosomes mediate Zika virus transmission through SMPD3 neutral sphingomyelinase in cortical neurons. Emerg. Microbes Infect. 8, 307–326.
  10. Fikatas A., Dehairs J., Noppen S., Doijen J., Vanderhoydonc F., Meyen E., Swinnen J.V., Pannecouque C., Schols D. (2021) Deciphering the role of extracellular vesicles derived from ZIKV-infected hcMEC/D3 cells on the blood-brain barrier system. Viruses. 13, 2363.
  11. Mishra R., Lahon A., Banerjea A.C. (2020) Dengue virus degrades USP33-ATF3 axis via extracellular vesicles to activate human microglial cells. J. Immunol. 205, 1787–1798.
  12. Iacono-Connors L.C., Schmaljohn C.S. (1992) Cloning and sequence analysis of the genes encoding the nonstructural proteins of langat virus and comparative analysis with other flaviviruses. Virology. 188, 875–880.
  13. Mandl C.W., Iacono-Connors L., Wallner G., Holzmann H., Kunz C., Heinz F.X. (1991) Sequence of the genes encoding the structural proteins of the low-virulence tick-borne flaviviruses Langat TP21 and Yelantsev. Virology. 185, 891–895.
  14. Starodubova E., Tuchynskaya K., Kuzmenko Y., Latanova A., Tutyaeva V., Karpov V., Karganova G. (2023) Activation of early proinflammatory responses by TBEV NS1 varies between the strains of various subtypes. Int. J. Mol. Sci. 24, 1011.
  15. Yakovlev A.A., Druzhkova T.A., Stefanovich A., Moiseeva Yu.V., Lazareva N.A., Zinchuk M.S., Rider F.K., Guekht A.B., Gulyaeva N.V. (2023) Elevated level of small extracellular vesicles in the serum of patients with depression, epilepsy and epilepsy with depression. Neurochem. J. 17, 571–583.
  16. Горшков А.Н., Пурвиньш Л.В., Протасов А.В., Некрасов П.А., Шалджян А.А., Васин А.В. (2021) Сравнительный анализ методов выделения экзосом из культуральной среды. Цитология. 63, 193–204.
  17. Zhang S., He Y., Wu Z., Wang M., Jia R., Zhu D., Liu M., Zhao X., Yang Q., Wu Y., Zhang S., Huang J., Ou X., Gao Q., Sun D., Zhang L., Yu Y., Chen S., Cheng A. (2023) Secretory pathways and multiple functions of nonstructural protein 1 in flavivirus infection. Front. Immunol. 14, 1205002.
  18. Perera D.R., Ranadeva N.D., Sirisena K., Wijesinghe K.J. (2024) Roles of NS1 protein in Flavivirus pathogenesis. ACS Infect. Dis. 10, 20–56.
  19. Gelpi E., Preusser M., Garzuly F., Holzmann H., Heinz F.X., Budka H. (2005) Visualization of Central European tick-borne encephalitis infection in fatal human cases. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 64, 506–512.
  20. Tang W.-D., Tang H.-L., Peng H.-R., Ren R.-W., Zhao P., Zhao L.-J. (2023) Inhibition of tick-borne encephalitis virus in cell cultures by ribavirin. Front. Microbiol. 14, 1182798.
  21. Peng Y., Yang Y., Li Y., Shi T., Luan Y., Yin C. (2023) Exosome and virus infection. Front. Immunol. 14, 1154217.
  22. Martin C., Ligat G., Malnou C.E. (2023) The Yin and the Yang of extracellular vesicles during viral infections. Biomed. J. 47, 100659.
  23. Welsh J.A., Goberdhan D.C.I., OꞌDriscoll L., Buzas E.I., Blenkiron C., Bussolati B., Cai H., Di Vizio D., Driedonks T.A.P., Erdbrügger U., Falcon-Perez J.M., Fu Q.L., Hill A.F., Lenassi M., Lim S.K., Mahoney M.G., Mohanty S., Möller A., Nieuwland R., Ochiya T., Sahoo S., Torrecilhas A.C., Zheng L., Zijlstra A., Abuelreich S., Bagabas R., Bergese P., Bridges E.M., Brucale M., Burger D., Carney R.P., Cocucci E., Crescitelli R., Hanser E., Harris A.L., Haughey N.J., Hendrix A., Ivanov A.R., Jovanovic-Talisman T., Kruh-Garcia N.A., Kuꞌulei-Lyn Faustino V., Kyburz D., Lässer C., Lennon K.M., Lötvall J., Maddox A.L., Martens-Uzunova E.S., Mizenko R.R., Newman L.A., Ridolfi A., Rohde E., Rojalin T., Rowland A., Saftics A., Sandau U.S., Saugstad J.A., Shekari F., Swift S., Ter-Ovanesyan D., Tosar J.P., Useckaite Z., Valle F., Varga Z., van der Pol E., van Herwijnen M.J.C., Wauben M.H.M., Wehman A.M., Williams S., Zendrini A., Zimmerman A.J.; MISEV Consortium; Théry C., Witwer K.W. (2024) Minimal information for studies of extracellular vesicles (MISEV2023): From basic to advanced approaches. J. Extracell. Vesicles. 13, e12404.
  24. Reyes-Ruiz J.M., Osuna-Ramos J.F., De Jesús-González L.A., Hurtado-Monzón A.M., Farfan-Morales C.N., Cervantes-Salazar M., Bolaños J., Cigarroa-Mayorga O.E., Martín-Martínez E.S., Medina F., Fragoso-Soriano R.J., Chávez-Munguía B., Salas-Benito J.S., Del Angel R.M. (2019) Isolation and characterization of exosomes released from mosquito cells infected with dengue virus. Virus Res. 266, 1–14.
  25. Fasae K.D., Neelakanta G., Sultana H. (2022) Alterations in arthropod and neuronal exosomes reduce virus transmission and replication in recipient cells. Extracell. Vesicles Circ. Nucl. Acids. 3, 247–279.
  26. Regmi P., Khanal S., Neelakanta G., Sultana H. (2020) Tick-borne flavivirus inhibits sphingomyelinase (IsSMase), a venomous spider ortholog to increase sphingomyelin lipid levels for its survival in Ixodes scapularis ticks. Front. Cell. Infect. Microbiol. 10, 244.
  27. Safadi D.E., Lebeau G., Lagrave A., Mélade J., Grondin L., Rosanaly S., Begue F., Hoareau M., Veeren B., Roche M., Hoarau J.J., Meilhac O., Mavingui P., Desprès P., Viranaïcken W., Krejbich-Trotot P. (2023) Extracellular vesicles are conveyors of the NS1 toxin during Dengue virus and Zika virus infection. Viruses. 15, 364.
  28. Puerta-Guardo H., Glasner D.R., Harris E. (2016) Dengue virus NS1 disrupts the endothelial glycocalyx, leading to hyperpermeability. PLoS Pathog. 12, e1005738.
  29. Puerta-Guardo H., Glasner D.R., Espinosa D.A., Biering S.B., Patana M., Ratnasiri K., Wang C., Beatty P.R., Harris E. (2019) Flavivirus NS1 triggers tissue-specific vascular endothelial dysfunction reflecting disease tropism. Cell Rep. 26, 1598‒1613.e8.
  30. Lo N.T.N., Roodsari S.Z., Tin N.L., Wong M.P., Biering S.B., Harris E. (2022) Molecular determinants of tissue specificity of flavivirus nonstructural protein 1 interaction with endothelial cells. J. Virol. 96, e0066122.
  31. Latanova A., Starodubova E., Karpov V. (2022) Flaviviridae nonstructural proteins: the role in molecular mechanisms of triggering inflammation. Viruses. 14, 1808.
  32. Benfrid S., Park K.H., Dellarole M., Voss J.E., Tamietti C., Pehau-Arnaudet G., Raynal B., Brûlé S., England P., Zhang X., Mikhailova A., Hasan M., Ungeheuer M.N., Petres S., Biering S.B., Harris E., Sakuntabhai A., Buchy P., Duong V., Dussart P., Coulibaly F., Bontems F., Rey F.A., Flamand M. (2022) Dengue virus NS1 protein conveys pro‐inflammatory signals by docking onto high‐density lipoproteins. EMBO Rep. 23, e53600.
  33. Modhiran N., Watterson D., Muller D.A., Panetta A.K., Sester D.P., Liu L., Hume D.A., Stacey K.J., Young P.R. (2015) Dengue virus NS1 protein activates cells via Toll-like receptor 4 and disrupts endothelial cell monolayer integrity. Sci. Transl. Med. 7, 304ra142.
  34. Sung P.-S., Huang T.-F., Hsieh S.-L. (2019) Extracellular vesicles from CLEC2-activated platelets enhance dengue virus-induced lethality via CLEC5A/TLR2. Nat. Commun. 10, 2402.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Иммуноблотинг клеток (дорожки 1 и 8) НЕК293Т, трансфицированных pVax (дорожки 1–6) или pVax-NS1 (дорожки 8–13), и фракций среды культивирования, полученных при дифференциальном центрифугировании при 500 g (дорожки 2 и 9), 3000 g (дорожки 3 и 10), 10000 g (дорожки 4, 5 и 11, 12) и осаждении с коммерческим реагентом (дорожки 6 и 13). Положение полос маркера молекулярных масс (дорожки 7 и 14) указано справа.

Скачать (15KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Локализация NS1 в везикулах разного размера. а – Иммуноблотинг клеток (дорожки 1 и 6) НЕК293Т, трансфицированных pVax (дорожки 1–4) или pVax NS1 (дорожки 6–9), и фракций, полученных при дифференциальном центрифугировании среды культивирования при 3000 g (дорожки 2 и 7), 10000 g (дорожки 3 и 8) и при осаждении с коммерческим реагентом (дорожки 4 и 9). Положение полос маркера молекулярных масс (дорожка 5) указано справа. б – Иммуноблотинг фракции малых внеклеточных везикул, обработанных протеиназой К без/с Тритоном Х-100 или без обработки.

Скачать (12KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Анализ фракции везикул малого размера, полученных с коммерческим реагентом из среды культивирования клеток НЕК293Т, трансфицированных плазмидой pVax или плазмидой pVax, кодирующей NS1. а – Профиль гранулометрии препаратов везикул, полученный на основе анализа динамического светорассеяния (распределение интенсивности рассеяния света (интенсивность,%) по гидродинамическим диаметрам (размер, нм)). б – Профиль гранулометрии препаратов везикул, полученный по анализу траектории наночастиц. в – Микрофотография препаратов везикул малого размера, полученная с помощью трансмиссионной электронной микроскопии.

Скачать (27KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Гель-фильтрация на Sepharose CL-2B фракций везикул малого размера и белков из среды клеток, трансфицированных вектором pVax или плазмидой, кодирующей NS1. а – Профиль элюции везикул малого размера (концентрация частиц во фракциях, измеренная с помощью NTA) и белков (концентрация белка по Брэдфорду). б – Дот-блот–анализ фракций с антителами к NS1 (клон 4С4). Сверху и по бокам приведена нумерация фракций.

Скачать (18KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Анализ фракции везикул, полученных гель-фильтрацией на колонке с Sepharose CL-2B из среды культивирования клеток НЕК293Т, трансфицированных плазмидой pVax или плазмидой pVax, кодирующей NS1. а – Профиль гранулометрии препаратов везикул, полученный на основе анализа динамического светорассеяния (распределение интенсивности рассеяния света (интенсивность, %) по гидродинамическим диаметрам (размер, нм)). б – Профиль гранулометрии препаратов везикул, полученный путем анализа трекинга наночастиц. в – Микрофотографии препаратов везикул проб pVax (слева) и NS1 (справа), полученные с помощью трансмиссионной электронной микроскопии. г – Иммуноблотинг препаратов везикул проб NS1 (дорожка 1) с антителами к NS1, TSG101 и GM130. Положение полос маркера молекулярных масс (дорожка 2) указано справа.

Скачать (31KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Действие внеклеточных везикул на клетки нейробластомы SHSY5Y. Относительное содержание мРНК (а) и секретированного в среду IL-1β (б). Статистически значимые отличия р < 0.05 (*).

Скачать (11KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025