Различия в генах HLA могут быть существенной причиной огромных различий в инфекциях

Медсестра лечит пациента с коронавирусом в Леонардтауне, штат Мэриленд. 

Когда некоторые люди заражаются коронавирусом, у них развиваются только легкие или не обнаруживаемые случаи COVID-19 . Другие страдают тяжелыми симптомами, борясь с дыханием в течение нескольких недель, если они вообще выживают.

Несмотря на согласованные глобальные научные усилия, у врачей все еще нет четкой картины того, почему это так.

Могут ли генетические различия объяснить различия, которые мы видим в симптомах и степени тяжести COVID-19?

Чтобы проверить это, мы использовали компьютерные модели для анализа известных генетических изменений в иммунной системе человека. Результаты нашего моделирования показывают, что на самом деле существуют различия в ДНК людей, которые могут повлиять на их способность реагировать на инфекцию SARS-CoV-2.

Что мы сделали

Когда вирус заражает клетки человека, организм реагирует включением антивирусных сигнальных систем. Эти сигналы тревоги идентифицируют вирусных захватчиков и сообщают иммунной системе посылать цитотоксические Т-клетки — тип белых кровяных клеток — чтобы уничтожить инфицированные клетки и, возможно, замедлить заражение.

Но не все системы сигнализации созданы равными. У людей разные версии одних и тех же генов — так называемых аллелей — и некоторые из этих аллелей более чувствительны к определенным вирусам или патогенам, чем другие .

Чтобы проверить, могут ли разные аллели этой системы сигнализации объяснить некоторые из диапазонов иммунных ответов на SARS-CoV-2, мы сначала получили список всех белков, составляющих коронавирус, из онлайн-базы данных .

Затем мы взяли этот список и использовали существующие компьютерные алгоритмы, чтобы предсказать, насколько хорошо различные версии антивирусной системы сигнализации обнаруживают эти белки коронавируса.

Модель белка HLA (зеленый и желтый), связанный с кусочком вируса (оранжевый и синий) — в данном случае, грипп. Протрейминг через Wikimedia Commons, CC BY-SA

Почему это важно

Часть системы сигнализации, которую мы протестировали, называется системой антигенов лейкоцитов человека, или HLA. У каждого человека есть несколько аллелей генов, которые составляют их тип HLA. Каждый аллель кодирует свой белок HLA. Эти белки являются датчиками системы сигнализации и обнаруживают злоумышленников, связываясь с различными пептидами — цепочками аминокислот, составляющими части коронавируса, — которые являются чуждыми для организма.

Как только белок HLA связывается с вирусом или кусочком вируса, он переносит нарушителя на поверхность клетки. Это «помечает» клетку как зараженную, и оттуда иммунная система убивает клетку.

В целом, чем больше пептидов вируса могут обнаружить HLA человека, тем сильнее будет иммунный ответ . Думайте об этом как о более чувствительном датчике системы охранной сигнализации.

Результаты нашего моделирования предсказывают, что некоторые типы HLA связываются с большим количеством пептидов SARS-CoV-2, тогда как другие связываются с очень немногими. То есть некоторые датчики могут быть лучше адаптированы к SARS-CoV-2, чем другие. Если это так, то специфические аллели HLA, которые есть у человека, вероятно, будут влиять на эффективность их иммунного ответа на COVID-19.

Поскольку в нашем исследовании для прогнозов использовалась только компьютерная модель, мы решили проверить результаты, используя клиническую информацию о вспышке атипичной пневмонии 2002-2004 гг.

Секция ДНК, которая кодирует HLA, находится на шестой хромосоме. Pdeitiker из английский Википедия / Wikipedia, CC BY

Мы обнаружили сходство в том, насколько эффективны аллели при идентификации SARS и SARS-CoV-2. Если оказалось, что аллель HLA плохо распознает SARS-CoV-2, он также плохо распознает SARS. Наш анализ предсказал, что один аллель, названный B46: 01, особенно плох в отношении как SARS-CoV-2, так и SARS-CoV. Конечно, предыдущие исследования показали, что люди с этим аллелем имели тенденцию иметь более тяжелые инфекции SARS и более высокие вирусные нагрузки, чем люди с другими версиями гена HLA.

Что дальше?

Основываясь на нашем исследовании, мы считаем, что различия в генах HLA являются частью объяснения огромных различий в степени тяжести инфекции у многих пациентов с COVID-19. Эти различия в генах HLA, вероятно, не являются единственным генетическим фактором, влияющим на тяжесть COVID-19, но они могут быть важной частью головоломки. Важно дополнительно изучить, как типы HLA могут клинически влиять на тяжесть COVID-19, и проверить эти прогнозы с использованием реальных случаев. Понимание того, как различия в типах HLA могут влиять на клиническое течение COVID-19, может помочь выявить лиц с более высоким риском заболевания.

Насколько нам известно, это первое исследование для оценки взаимосвязи между вирусными белками в широком диапазоне аллелей HLA. В настоящее время мы очень мало знаем о связи между многими другими вирусами и типом HLA. Теоретически, мы могли бы повторить этот анализ, чтобы лучше понять генетические риски многих вирусов, которые в настоящее время или потенциально могут заразить человека.

Остин Нгуен — доктор философии кандидат в области вычислительной биологии и биомедицинской инженерии в Орегонском университете науки и здоровья в Портленде. Абхинав Неллор — доцент кафедры биомедицинской инженерии и хирургии, а Рейд Томпсон — доцент кафедры радиационной медицины, оба в Орегонском университете науки и здоровья. Впервые это было опубликовано в The Conversation — « Ваши гены могут определить, доставит ли вас коронавирус в больницу — и мы начинаем выяснять, какие из них имеют значение ».

Загрузка ...