Белок NS1 вируса клещевого энцефалита и внеклеточные везикулы из NS1-экспрессирующих клеток: влияние на экспрессию генов врожденного иммунного ответа в клетках нейробластомы и глиобластомы

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Инфекция, вызванная вирусом клещевого энцефалита (ВКЭ), может привести к тяжелым неврологическим осложнениям, в значительной степени связанным с активацией врожденного иммунитета и воспалительных реакций в тканях нервной системы. В связи с этим ведется изучение факторов, в том числе вирусных, влияющих на эти процессы. Нами проанализирована возможная роль неструктурного белка 1 (NS1) ВКЭ в активации реакций врожденного иммунного ответа в клетках нервной системы. Клетки нейробластомы SH-SY5Y и глиобластомы DBTRG-05MG трансфицировали плазмидой, кодирующей NS1, или обрабатывали внеклеточными везикулами NS1-экспрессирующих клеток HEK293T и затем стимулировали полиинозин-полицитидиловой кислотой [poly(I:C)] для активации врожденного иммунного ответа. Обнаружено, что стимуляция poly(I:C) клеток SH-SY5Y, экспрессирующих NS1, приводит к более низким уровням мРНК провоспалительных цитокинов: интерлейкина-1β (IL-1β) и фактора некроза опухолей-α (TNF-α), – а также цитокина врожденного иммунного ответа интерферона-β (IFN-β) и продукта интерферонстимулируемого гена 15 (ISG15), по сравнению со стимулированными клетками без экспрессии NS1. Кроме того, в этих клетках была снижена транскрипция гена сенсора MDA5, отвечающего за активацию транскрипции генов этих цитокинов. В экспрессирующих NS1 стимулированных клетках DBTRG-05MG было снижено содержание мРНК только IL-1β. Обработка клеток SH-SY5Y внеклеточными везикулами из NS1-экспрессирующих клеток с последующей стимуляцией poly(I:C) приводила к повышенным уровням мРНК IL-6, TNF-α и IFN-β, по сравнению со стимулированными клетками, обработанными везикулами из не экспрессирующих NS1 клеток. В клетках DBTRG-05MG при аналогичной обработке различий не обнаружено. На основании полученных данных можно предполагать двоякую роль NS1 ВКЭ в формировании нейровоспаления при инфекции и рассматривать этот белок в качестве потенциальной терапевтической мишени.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ю. В. Кузьменко

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

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

В. Л. Карпов

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

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

Е. С. Стародубова

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

Автор, ответственный за переписку.
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. Taba P., Schmutzhard E., Forsberg P., Lutsar I., Ljøstad U., Mygland Å., Levchenko I., Strle F., Steiner I. (2017) EAN consensus review on prevention, diagnosis and management of tick-borne encephalitis. Eur. J. Neurol. 24, 1214-e61.
  3. Selinger M., Věchtová P., Tykalová H., Ošlejšková P., Rumlová M., Štěrba J., Grubhoffer L. (2022) Integrative RNA profiling of TBEV-infected neurons and astrocytes reveals potential pathogenic effectors. Comput. Struct. Biotechnol. J. 20, 2759–2777.
  4. 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.
  5. Bogovič P., Lusa L., Korva M., Pavletič M., Resman Rus K., Lotrič-Furlan S., Avšič-Županc T., Strle K., Strle F. (2019) Inflammatory immune responses in the pathogenesis of tick-borne encephalitis. J. Clin. Med. 8, 731.
  6. Palus M., Formanová P., Salát J., Žampachová E., Elsterová J., Růžek D. (2015) Analysis of serum levels of cytokines, chemokines, growth factors, and monoamine neurotransmitters in patients with tick-borne encephalitis: identification of novel inflammatory markers with implications for pathogenesis. J. Med. Virol. 87, 885–892.
  7. Zidovec-Lepej S., Vilibic-Cavlek T., Ilic M., Gorenec L., Grgic I., Bogdanic M., Radmanic L., Ferenc T., Sabadi D., Savic V., Hruskar Z., Svitek L., Stevanovic V., Peric L., Lisnjic D., Lakoseljac D., Roncevic D., Barbic L. (2022) Quantification of antiviral cytokines in serum, cerebrospinal fluid and urine of patients with tick-borne encephalitis in croatia. Vaccines. 10, 1825.
  8. Palus M., Bílý T., Elsterová J., Langhansová H., Salát J., Vancová M., Růžek D. (2014) Infection and injury of human astrocytes by tick-borne encephalitis virus. J. Gen. Virol. 95, 2411–2426.
  9. Bogovič P., Lusa L., Korva M., Lotrič-Furlan S., Resman-Rus K., Pavletič M., Avšič-Županc T., Strle K., Strle F. (2019) Inflammatory immune responses in patients with tick-borne encephalitis: dynamics and association with the outcome of the disease. Microorganisms. 7, 514.
  10. Atrasheuskaya A.V., Fredeking T.M., Ignatyev G.M. (2003) Changes in immune parameters and their correction in human cases of tick-borne encephalitis. Clin. Exp. Immunol. 131, 148–154.
  11. Selinger M., Wilkie G.S., Tong L., Gu Q., Schnettler E., Grubhoffer L., Kohl A. (2017) Analysis of tick-borne encephalitis virus-induced host responses in human cells of neuronal origin and interferon-mediated protection. J. Gen. Virol. 98, 2043–2060.
  12. Lindqvist R., Mundt F., Gilthorpe J.D., Wölfel S., Gekara N.O., Kröger A., Överby A.K. (2016) Fast type I interferon response protects astrocytes from flavivirus infection and virus-induced cytopathic effects. J. Neuroinflammation. 13, 277.
  13. Weber E., Finsterbusch K., Lindquist R., Nair S., Lienenklaus S., Gekara N.O., Janik D., Weiss S., Kalinke U., Överby A.K., Kröger A. (2014) Type I interferon protects mice from fatal neurotropic infection with Langat virus by systemic and local antiviral responses. J. Virol. 88, 12202–12212.
  14. Glasner D.R., Puerta-Guardo H., Beatty P.R., Harris E. (2018) The good, the bad, and the shocking: the multiple roles of dengue virus nonstructural protein 1 in protection and pathogenesis. Annu. Rev. Virol. 5, 227–253.
  15. Chen H.-R., Lai Y.-C., Yeh T.-M. (2018) Dengue virus non-structural protein 1: a pathogenic factor, therapeutic target, and vaccine candidate. J. Biomed. Sci. 25, 58.
  16. Rastogi M., Sharma N., Singh S.K. (2016) Flavivirus NS1: a multifaceted enigmatic viral protein. Virol. J. 13, 131.
  17. Crooks A.J., Lee J.M., Easterbrook L.M., Timofeev A.V., Stephenson J.R. (1994) The NS1 protein of tick-borne encephalitis virus forms multimeric species upon secretion from the host cell. J. Gen. Virol. 75(Pt 12), 3453–3460.
  18. Carpio K.L., Barrett A.D.T. (2021) Flavivirus NS1 and its potential in vaccine development. Vaccines. 9, 622.
  19. 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.
  20. 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.
  21. 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.
  22. Breitkopf V.J.M., Dobler G., Claus P., Naim H.Y., Steffen I. (2021) IRE1-mediated unfolded protein response promotes the replication of tick-borne flaviviruses in a virus and cell-type dependent manner. Viruses. 13, 2164.
  23. Frey S., Mossbrugger I., Altantuul D., Battsetseg J., Davaadorj R., Tserennorov D., Buyanjargal T., Otgonbaatar D., Zöller L., Speck S., Wölfel R., Dobler G., Essbauer S. (2012) Isolation, preliminary characterization, and full-genome analyses of tick-borne encephalitis virus from Mongolia. Virus Genes. 45, 413–425.
  24. Lindqvist R., Upadhyay A., Överby A.K. (2018) Tick-borne flaviviruses and the type I interferon response. Viruses. 10, 340.
  25. Goonawardane N., Upstone L., Harris M., Jones I.M. (2022) Identification of host factors differentially induced by clinically diverse strains of tick-borne encephalitis virus. J. Virol. 96, e0081822.
  26. Overby A.K., Popov V.L., Niedrig M., Weber F. (2010) Tick-borne encephalitis virus delays interferon induction and hides its double-stranded RNA in intracellular membrane vesicles. J. Virol. 84, 8470–8483.
  27. Mlera L., Lam J., Offerdahl D.K., Martens C., Sturdevant D., Turner C.V., Porcella S.F., Bloom M.E. (2016) Transcriptome analysis reveals a signature profile for tick-borne flavivirus persistence in HEK 293T cells. mBio. 7, e00314–16.
  28. Crook K.R., Miller-Kittrell M., Morrison C.R., Scholle F. (2014) Modulation of innate immune signaling by the secreted form of the West Nile virus NS1 glycoprotein. Virology. 458–459, 172–182.
  29. Camarão A.A.R., Gern O.L., Stegmann F., Mulenge F., Costa B., Saremi B., Jung K., Lepenies B., Kalinke U., Steffen I. (2023) Secreted NS1 proteins of tick-borne encephalitis virus and West Nile virus block dendritic cell activation and effector functions. Microbiol. Spectr. 11, e0219223.
  30. Zhang H.-L., Ye H.-Q., Liu S.-Q., Deng C.-L., Li X.-D., Shi P.-Y., Zhang B. (2017) West Nile virus NS1 antagonizes interferon beta production by targeting RIG-I and MDA5. J. Virol. 91, e02396–16.
  31. Mesev E.V., LeDesma R.A., Ploss A. (2019) Decoding type I and III interferon signalling during viral infection. Nat. Microbiol. 4, 914–924.
  32. Best S.M., Morris K.L., Shannon J.G., Robertson S.J., Mitzel D.N., Park G.S., Boer E., Wolfinbarger J.B., Bloom M.E. (2005) Inhibition of interferon-stimulated JAK-STAT signaling by a tick-borne flavivirus and identification of NS5 as an interferon antagonist. J. Virol. 79, 12828–12839.
  33. Lubick K.J., Robertson S.J., McNally K.L., Freedman B.A., Rasmussen A.L., Taylor R.T., Walts A.D., Tsuruda S., Sakai M., Ishizuka M., Boer E.F., Foster E.C., Chiramel A.I., Addison C.B., Green R., Kastner D.L., Katze M.G., Holland S.M., Forlino A., Freeman A.F., Boehm M., Yoshii K., Best S.M. (2015) Flavivirus antagonism of type I interferon signaling reveals prolidase as a regulator of IFNAR1 surface expression. Cell Host Microbe. 18, 61–74.
  34. Fortier M.-E., Kent S., Ashdown H., Poole S., Boksa P., Luheshi G.N. (2004) The viral mimic, polyinosinic: polycytidylic acid, induces fever in rats via an interleukin-1-dependent mechanism. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 287, R759–R766.
  35. 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.
  36. 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.
  37. Martins S. de T., Kuczera D., Lötvall J., Bordignon J., Alves L.R. (2018) Characterization of dendritic cell-derived extracellular vesicles during Dengue virus infection. Front. Microbiol. 9, 1792.
  38. 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.
  39. Rosendal E., Lindqvist R., Chotiwan N., Henriksson J., Överby A.K. (2024) Transcriptional response to tick-borne flavivirus infection in neurons, astrocytes and microglia in vivo and in vitro. Viruses. 16, 1327.
  40. Formanova P.P., Palus M., Salat J., Hönig V., Stefanik M., Svoboda P., Ruzek D. (2019) Changes in cytokine and chemokine profiles in mouse serum and brain, and in human neural cells, upon tick-borne encephalitis virus infection. J. Neuroinflammation. 16, 205.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Экспрессия генов провоспалительных цитокинов в клетках SH-SY5Y (а) и DBTRG-05MG (б), трансфицированных pVax-NS1 или pVax, в ответ на стимуляцию poly(I:C). Содержание мРНК целевых белков в клетках, трансфицированных pVax и стимулированных poly(I:C), принято за 1. *p < 0.05 (критерий Стьюдента).

Скачать (23KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Экспрессия генов IFNB, ISG15 и ISG56 в клетках SH-SY5Y (а) и DBTRG-05MG (б), трансфицированных pVax-NS1 или pVax, в ответ на стимуляцию poly(I:C). Содержание мРНК целевых белков в клетках, трансфицированных pVax и стимулированных poly(I:C), принято за 1. *p < 0.05; **p < 0.01.

Скачать (25KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Экспрессия генов MDA5 и RIGI в клетках SH-SY5Y (а) и DBTRG-05MG (б), трансфицированных pVax-NS1 или pVax, в ответ на стимуляцию poly(I:C). Содержание мРНК целевых белков в клетках, трансфицированных pVax и стимулированных poly(I:C), принято за 1. *p < 0.05.

Скачать (20KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Характеристика препаратов внеклеточных везикул, выделенных из среды культивирования клеток НЕК293Т, трансфицированных pVax-NS1 или вектором pVax. Профиль гранулометрии препаратов везикул, построенный на основе данных динамического светорассеяния (а) и анализа траектории наночастиц (б). Серым фоном выделена область стандартного отклонения от среднего. в – Иммуноблотинг препаратов внеклеточных везикул с антителами к NS1 и CD63.

Скачать (26KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Экспрессия генов провоспалительных цитокинов в клетках SH-SY5Y (а) и DBTRG-05MG (б), обработанных внеклеточными везикулами из клеток НЕК293Т, трансфицированных pVax-NS1 или pVax, в ответ на стимуляцию poly(I:C). Содержание мРНК целевых белков в клетках, обработанных внеклеточными везикулами из клеток НЕК293Т, трансфицированных pVax и затем стимулированных poly(I:C), принято за 1. *p < 0.05.

Скачать (23KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Экспрессия генов IFNB, ISG15 и ISG56 в клетках SH-SY5Y (а) и DBTRG-05MG (б), обработанных внеклеточными везикулами из клеток НЕК293Т, трансфицированных pVax-NS1 или pVax, в ответ на стимуляцию poly(I:C). Содержание мРНК целевых белков в клетках, обработанных внеклеточными везикулами из клеток НЕК293Т, трансфицированных pVax и затем стимулированных poly(I:C), принято за 1. **p < 0.01.

Скачать (24KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Схема сигнальных путей, активируемых РНК-содержащим вирусом или poly(I:C), а также сигналинга, регулируемого неструктурными белками (NS1 и NS5) вируса клещевого энцефалита.

Скачать (37KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025