Сравнение фрагментов, мимикрирующих белки системы гемостаза человека, в белках вирусов гриппа А/H1N1 и коронавирусов

В настоящее время появляются сообщения о сходстве клинической картины при COVID-19 и гриппе [1]. Так, для COVID-19 наиболее характерны такие клинические симптомы, как дыхательная недостаточность, вплоть до развития острого респираторного дистресс-синдрома (ОРДС), нарушения в системе гемостаза, развитие синдрома диссеминированного внутрисосудистого свертывания (ДВС-синдром), сердечно-сосудистая дисфункция, кардиомиопатия, полиорганная недостаточность [2—5]. Подобные симптомы регистрировали в период сильнейшей пандемии гриппа H1N1 1918 г. («испанки») и в меньшей степени — в пандемию «свиного» гриппа A(H1N1)pdm09 [6—10]. Большинство из этих симптомов являются результатом дисфункции эндотелия и нарушений в системе гемостаза, что приводит к дисрегуляции защитных воспалительных реакций организма [6]. Механизм участия вирусов в подобной дисрегуляции воспалительных реакций неизвестен. Существует предположение, что одним из механизмов может быть участие в этих процессах фрагментов вирусных белков, мимикрирующих целый ряд клеточных белков системы гемостаза человека [11]. В связи с этим представляло интерес сравнить репертуар белков системы гемостаза, мимикрические фрагменты которых были выявлены в белках вирусов SARS-CoV и SARS-CoV-2 и белках вирусов гриппа H1N1 (1918 и 2016 г. выделения).

Цель исследования — сравнение репертуара белков системы гемостаза человека и фрагментов, мимикрирующих эти белки, в белках вирусов гриппа H1N1 (1918 и 2016 г. выделения) и коронавирусов (SARS-CoV и SARS-CoV-2). В задачи исследования входило получение оценки схожести репертуара белков системы гемостаза, мимикрия к которым выявлена в белках исследуемых вирусов.

Для сравнительного компьютерного анализа были использованы вирусы гриппа A/H1N1 1918 г.выделения (A/Brevig Mission/1/18), А/Санкт-Петербург/RII04/2016 (H1N1) pdm09, коронавирусы SARS-CoV и SARS-CoV-2 (штамм Wuhan-Hu-1). Источником первичных структур белков анализируемых вирусов и 41 белка системы гемостаза человека служили общедоступные в Интернете базы данных www.ncbi.nlm.nih.gov и www.nextprot.org соответственно. Поиск гомологичных последовательностей в структуре вирусных белков и белков гемостаза осуществляли путем сравнения в них фрагментов длиною в 12 аминокислот, принимая родственными те из них, которые проявляли идентичность по ≥ 8 позициям.

Результаты сравнения фрагментов, мимикрирующих белки системы гемостаза человека, в белках вирусов гриппа A(H1N1) (1918 и 2016 гг. выделения) представлены в табл. 1 (см. https://mediasphera.ru/upload/medialibrary/files/Mol_genetika_2022_04_044_add.zip).

Как видно из табл. 1, РА-полимераза вируса гриппа 1918 г. выделения резко отличается от РА-полимеразы вируса 2016 г. по количеству фрагментов, мимикрирующих ряд белков гемостаза, — 7 и 3 соответственно. Из 7 фрагментов в РА-белке вируса 1918 г. только 2 фрагмента являются общими с РА-вируса гриппа 2016 г. — мимикрирующие фактор фон Виллебранда (vWF) и фактор свертывания крови XI (FXI). Кроме того, в структуре РА-вируса 1918 г. отсутствует один фрагмент, гомологичный FIII, присутствующий в РА-полимеразы вируса 2016 г. В структуре белка РВ1-вируса гриппа 1918 г., по сравнению с РВ1 вируса гриппа 2016 г., имеется дополнительный фрагмент, гомологичный FV, выявлено только по одному фрагменту, гомологичным F IX и FXI, отсутствуют фрагменты, гомологичные WF и FVIII, и имеется 3 новых фрагмента, гомологичных тканевому фактору(TF) и фибриногену (α и β цепям). Относительно белка РВ2-вирусов гриппа 1918 и 2016 г. также имеются существенные различия. В РВ2-вируса 1918 г. выявлено 5 фрагментов, гомологичных FVIII, тогда как в РВ2 вируса 2016 г. их только 2; меньше фрагментов, гомологичных FXI и FXIII, и 5 фрагментов, отсутствующих в РВ2-вируса 2016 г.

HA вируса гриппа 1918 г. отличается по репертуару белков гемостаза от вируса 2016 г. — выявлено 8 новых мимикрических фрагментов, 2 фрагмента общих, но с различной локализацией в молекуле HA, и отсутствуют фрагменты, гомологичные FVIII, FIX, FX, FXI.

NA-вируса гриппа 1918 г. содержит 5 фрагментов, гомологичных разным белкам гемостаза (см. табл. 1), отсутствующих в NA вируса 2016 г.; выявлен только один фрагмент, мимикрирующий vWF (у NA-вируса 2016 г. их 2) и отсутствует фрагмент, мимикрирующий PAI-1 (Plasminogen activator inhibitor 1).

NP-вируса гриппа 1918 г. содержит 6 фрагментов, гомологичных различным белкам гемостаза (в молекуле NP-вируса гриппа 2016 г. их только 3), из которых только 1 фрагмент общий.

В структуре M1, M2 и N-белков SARS-CoV-2, NEF белках вируса гриппа 1918 г. фрагментов, гомологичных белкам гемостаза значительно меньше (1—2 фрагмента), чем в соответствующих белках вируса гриппа 2016 г. (2—7 фрагментов).

Итак, при сравнении фрагментов, гомологичных белкам гемостаза человека, в белках вирусов гриппа 1918 и 2016 гг. можно отметить следующее: репертуар белков, к которым выявлена мимикрия, значительно шире в белках вируса гриппа 1918 г., особенно много фрагментов, мимикрирующих плазминоген, фибриноген α- и β цепи, α-макроглобулин, тканевой фактор, антиплазмин, тромбомодулин, каликреин, аннексин, tPA (активатор плазминогена). Фрагменты, мимикрирующие эти белки, практически отсутствуют в белках вируса 2016 г.

При сравнении фрагментов, гомологичных клеточным белкам гемостаза, в белках коронавирусов были получены следующие данные (см. табл. 1). В структуре репликазы SARS-CoV-2 фрагментов, гомологичных WF меньше, чем в репликезе SARS-CoV (4 и 9 соответственно); отсутствуют фрагменты, гомологичные PAI-1, FV, FVII, FXI, фибриногену α, β, γ-цепям, α-антиплазмину; выявлены новые фрагменты, гомологичные плазминогену (2 фрагмента), калликреину, ингибитору тканевого фактора.

Белок S SARS-CoV-2 резко отличается от соответствующего белка SARS-CoV. В его структуре выявлено почти 25 фрагментов, мимикрирующих разные белки гемостаза. В белке E выявлен новый фрагмент, гомологичный FV. M-белок SARS-CoV-2 содержит 6 фрагментов к разным белкам гемостаза, отсутствующие в M-белке SARS-CoV. В N-белке SARS-CoV-2 обнаружено 9 новых фрагментов к разным бекам гемостаза, отсутствующие в N-белке SARS-CoV. Следует отметить, что только в N-белке SARS-CoV-2 появился фрагмент, мимикрирующий фактор роста инсулина (Insulin-like growth factor). NS-белки SARS-CoV-2 и SARS-CoV не содержат фрагментов, гомологичных клеточным белкам гемостаза.

Результаты сравнения репертуара клеточных белков гемостаза, мимикрия которых выявлена в белках вирусов гриппа 1918 г. и 2016 г. и коронавирусов SARS-CoV и SARS-CoV-2, представлены в табл. 2 (см. https://mediasphera.ru/upload/medialibrary/files/Mol_genetika_2022_04_045_add.zip).

Как видно из табл. 2, к 39 анализируемым белкам выявлены мимикрические фрагменты только структуре белков SARS-CoV-2; в структуре SARS-CoV выявлены фрагменты, гомологичные 23 белкам гемостаза; в структуре белков вируса гриппа 1918 г. обнаружены фрагменты, мимикрирующие 24 клеточных белка гемостаза, а в белках вируса гриппа 2016 г. — только 11.

Таким образом, сравнительный анализ репертуара клеточных белков системы гемостаза и фрагментов, мимикрирующих эти белки, в структуре белков вирусов А/H1N1 1918 г., А(H1N1)pdm09 2016 г., SARS-CoV и SARS-CoV-2 показал резкое отличие SARS-CoV-2 от анализируемых вирусов. В структуре белков вируса SARS-CoV-2 была выявлена мимикрия почти ко всем анализируемым белкам гемостаза (39 из 41) и такое резкое усиление мимикрии было связано, в основном, за счет мимикрии дополнительных белков, участвующих в процессах тромбообразования. Кроме того, следует отметить, что только у SARS-CoV-2 появился фрагмент, мимикрирующий фактор роста инсулина. Исходя из этих данных, можно предположить, что усиление мимикрии белков, участвующих в процессах тромбообразования, связано с более тяжелой клинической картиной заболевания, вызванного этим вирусом [12—14]. Что касается сравнения вирусов А/H1N1 1918 г., А(H1N)pdm09 2016 г. и SARS-CoV, то наиболее близкими по репертуару белков гемостаза, мимикрия к которым выявлена в белках этих вирусов, являются вирус гриппа А/H1N1 1918 г., и SARS-CoV.

К настоящему времени стало очевидно, что система гемостаза является частью защитной системы хозяина, ограничивающей распространение разного рода возбудителей, включая вирусы, путем регуляции воспалительного ответа и иммунного ответа [6, 15, 16]. Какую роль в этих процессах может играть мимикрия клеточных белков? Вполне вероятно, что гомологичные белкам гемостаза фрагменты вирусных белков дезорганизуют систему гемостаза, высвобождаясь при протеолизе вирусных белков, с помощью либо клеточных, либо вирусных протеаз. Механизм освобождения активных пептидов путем расщепления белка-предшественника широко известен в биохимии, так как именно подобным механизмом синтезируются регуляторные пептиды, которые вовлекаются в регуляцию многих процессов организма. Другим механизмом дисрегуляции процессов гемостаза фрагментами, гомологичными клеточным белкам, может быть индукция этими фрагментами аутоиммунных антител, которые способны блокировать клеточные белки, содержащие эти фрагменты. Возможность образования подобных аутоиммунных антител была продемонстрирована при изучении побочных действий в виде нарколепсии при вакцинации гриппозной вакциной Pandemrix vaccine (GlaxoSmithKline). Оказалось, что в структуре NP-антигена, содержащегося в вакцине, имеется фрагмент аминокислотной последовательности, гомологичный рецептору 2 гипокретина (орексина) и аутоиммунные антитела на этот фрагмент блокируют этот рецептор [17—20].

Сравнительный биоинформативный анализ репертуара белков гемостаза и белков вирусов гриппа (1918 г., 2009 и 2016 гг. выделения) и коронавирусов (SARS-CoV и SARS-CoV-2) показал резкое отличие вируса SARS-CoV-2 от анализируемых вирусов в основном за счет мимикрии дополнительных белков, участвующих в процессах тромбообразования. Полученные данные могут служить основой для дальнейших экспериментальных исследований по изучению роли гомологичных фрагментов в регуляции вирусами гемостаза организма хозяина.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.