Вирус SARS-CoV-2 для вхождения в клетку использует клеточные рецепторы, с которыми связывается через свой S-белок. Основным рецептором считается АСЕ2, есть доказательства, что вирус использует и другой рецептор, CD147. Для связывания S-белка с рецептором необходим его прайминг — активация, которую обеспечивает сериновая протеаза TMPRSS2, трансмембранный клеточный белок. Ингибирование TMPRSS2 препятствует вхождению вируса в клетку, и это один из путей, который специалисты пытаются использовать для создания лекарства от COVID-19.

Ученые из Томского НИИ медицинской генетики в сотрудничестве с коллегами из других институтов показали, что изменчивость гена TMPRSS2 носит популяционный характер: частота некоторых мутаций различается в разных популяциях. Статья с результатами исследования опубликована на сайте препринтов bioRxiv.

Специалисты использовали базы данных GnomAD и CNV Control Database для поиска однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), инделов (инсерций и делеций) и вариаций числа копий (CNV), затрагивающих ген TMPRSS2. Данные по частоте аллелей в популяциях России они взяли из собственной базы. В общей сложности исследовали 1836 образцов ДНК из 76 популяций в разных регионах (Восточная Европа, Кавказ, Центральная Азия, Сибирь, Северо-Восточная Азия).

В гене TMPRSS2 ученые описали 1025 SNP и инделов, а также два участка с вариациями числа копий. Среди частых вариантов они выделили две миссенс-мутации (замены нуклеотидов, приводящие к замене аминокислоты в белке). Используя собственную базу данных частот аллелей в популяциях России, они показали, что мутация rs12329760 у азиатского населения встречается значительно чаще, чем у европейского — 36-41% и 22-24%, соответственно. Эта мутация состоит в замене С на Т, что приводит к кодированию аминокислоты метионина вместо валина в белке TMPRSS2. Минорный аллель Т достигает высокой частоты в Сибири и Центральной Азии (около 35%), а его минимальная частота отмечается на Северном Кавказе (19%).

Известно, что эта мутация ассоциирована с увеличением риска рака простаты. Она же, как полагают ученые, может влиять на эффективность прайминга S-белка, поэтому, возможно, популяционно-специфическая вариабельность гена TMPRSS2 вносит некоторый вклад в неодинаковую степень заболевания COVID-19 в разных регионах мира.

Как пишут авторы статьи, ген сериновой протеазы TMPRSS2 экспрессируется вместе с геном рецептора ACE2 и геном BSG, который кодирует рецептор CD147, но только TMPRSS2 демонстрирует тканеспецифичную экспрессию в альвеолярных клетках легких. Это делает его перспективной мишенью для терапии COVID-19.

Авторы также исследовали механизмы, способные влиять на экспрессию гена TMPRSS2, то есть на количество сериновой протеазы в клетке и тем самым на чувствительность к инфекции, — механизмы генетические, основанные на микроРНК и фармакологические. Оказалось, что уровень экспрессии гена модулируют пять клинически одобренных лекарственных препаратов, причем два из них — ацетаминофен (парацетамол) и куркумин — уже рассматривались как средства для лечения COVID-19. Куркумин, широко используемая пищевая добавка, как ранее было показано, блокирует основную протеазу вируса SARS-CoV-2.

 

Из всех полиморфизмов, которые когда-либо были описаны в гене TMPRSS2, мы выбрали те, которые влияют на структуру белка и имеют разную частоту в популяциях мира, при этом встречаются достаточно часто. Затем мы посмотрели данные полиморфизмы в популяциях России, поскольку мировые базы содержат мало информации о населении России. Все частоты этих мутаций в популяциях России приведены в дополнительных материалах к статье. Но описываем мы одну, потому что у нее оказалась такая интересная особенность по частотам. В Сибири и Центральной Азии ее средняя частота 35%, при этом в некоторых популяциях Сибири она может достигать 63%. В европейских популяциях ее частота ниже. Нас особенно заинтересовали различия в популяциях Кавказа, потому что среди них есть сильно пострадавшие от пандемии COVID-19. Средняя ее частота по Кавказу 19%, но в некоторых популяциях она не встречалась совсем, а в других достигала 33%. Мы бы хотели привлечь внимание наших коллег из республик Кавказа, чтобы при сборе статистики они отмечали информацию о популяционной принадлежности пациентов.

Как эта мутация может влиять на чувствительность к вирусу, мы пока не можем сказать. Для этого требуются совершенно другого рода эксперименты. Идеальный вариант — взять большую выборку пациентов из нескольких популяций, генотипировать их и посмотреть, как у них протекало заболевание, есть ли корреляция с наличием мутации. Но проведение такого исследования потребует времени, и когда оно будет закончено, его результаты могут оказаться уже не актуальными. Другой вариант — проводить эксперименты с культурой клеток, имеющих эту мутацию. Но у нас институт генетики человека, мы не сертифицированы на работу с патогенами. Мы надеемся данной статьей привлечь внимание коллег, которые имеют доступ к такому материалу. Пока что самый простой способ — это на имеющемся материале сравнить протекание заболевания с этнической принадлежностью.

Мы исследовали три блока регуляции гена TMPRSS2. Первый блок — генетический, это полиморфизмы, меняющие уровень экспрессии данного белка, но их эффект небольшой. Второй блок, эпигенетический — это микроРНК. Сейчас микроРНК активно исследуются некоторыми компаниями, в основном американскими, как возможная терапия COVID-19. Но там предполагается, чтобы микроРНК взаимодействовали с самими вирусными частицами, их синтезируют и настраивают для подавления вирусной РНК. А мы исследовали, есть ли такие микроРНК, которые могут изменять уровень экспрессии этой протеазы, чтобы замедлить проникновение вируса в клетку. Мы рассматривали те микроРНК, которые в норме присутствуют у человека, желательно в тех клетках, которые поражаются вирусом. Тогда мы можем предполагать, что эти микроРНК могут оказаться эффективными, поскольку они действуют на одну из мишеней, и при этом иметь меньше побочных эффектов, чем синтезированные.

Третий блок — фармакотранскриптомика, то есть регуляция экспрессии гена фармакологическими веществами. Была случайная находка: в базе Drugbank мы обнаружили, что эта протеаза регулируется парацетамолом, есть экспериментальная статья об этом. Как раз появилась информация, что парацетамол в приоритете для снижения терапии при COVID по сравнению с другими противовоспалительными средствами. Мы привыкли, что парацетамол — это симптоматическая терапия, и на взаимодействие вируса с клеткой он никак не влияет. Но оказывается, у него есть и другой возможный механизм действия. Было бы очень интересно проверить: может быть, он не только снимает симптомы, но еще и лечит человека?

В случае куркумина есть публикация по моделированию взаимодействия малой молекулы с вирусом SARS-CoV-2. Но у куркумина есть свои минусы — у него очень низкая биодоступность. При употреблении его в пищу, даже в больших количествах, как в индийской кухне, в кровоток он почти не попадает. Хотя есть и другой возможный вариант его действия. Так как вирус может проникать и через желудочно-кишечный тракт, то даже местное воздействие куркумина на ЖКТ может быть полезным. Однако мы не беремся утверждать, что это лекарство, что он всех спасет, к этому нужно относиться аккуратно и сдержанно.