Противовирусная роль NK-клеток при инфекциях CMV и SARS-CoV-2 и подходы к использованию противовирусного потенциала NK-клеток в терапии

Пандемия коронавируса SARS-CoV-2, вызывающего COVID-19, очередной раз обратила внимание человечества на то, насколько угрожающими могут быть вирусные инфекции. Одной из загадок нового коронавируса, наряду с широким спектром вариантов протекания инфекции, остается неопределенность срока, в течение которого человек остается инфицированным. Длительное выделение SARS-CoV-2 было недавно показано для людей с нарушениями в функционировании иммунной системы, в том числе, при онкологических заболеваниях. Многие распространенные человеческие вирусы обладают механизмами, позволяющими им персистировать продолжительное время в организме при значительном контроле со стороны иммунной системы. Примером такой инфекции является цитомегаловирус (HCMV), заражение которым достигает в человеческой популяции достигает 50-100% в зависимости от страны. В условиях иммуносупрессии HCMV становится фактором, угрожающим здоровью и жизни человека. В борьбе иммунной системы с различными вирусными инфекциями немаловажную роль играют NK-клетки – натуральные, или естественные киллеры. Эта роль связана как с неспецифическими реакциями, включающими натуральную цитотоксичность, запускаемую набором активирующих рецепторов NK-клеток, антителозависимую клеточно-опосредованную цитотоксичность (ADCC) и продукцию провоспалительных и противовоспалительных цитокинов, так и со специфической активацией, связанной с формированием так называемых адаптивных NK-клеток, обладающих свойствами иммунологической памяти. NK-клетки по-разному борются с различными вирусами, при этом размножаются разные субпопуляции NK-клеток. Однако, до сих пор остаются мало охарактеризованными сходство и различия NK-клеточного ответа и лежащие в его основе молекулярные механизмы и мультимодальность при различных вирусных инфекциях. Применение препаратов на основе NK-клеток рассматривается в настоящее время как перспективная стратегия в противовирусной терапии. Многофункциональность NK-клеток, а также относительная безопасность аллогенных NK-клеток может давать преимущество их использования, по сравнению с Т-клетками, для лечения пациентов с иммуносупрессией, в том числе с онкологическими заболеваниями, при которых NK-клетки могут оказывать и противоопухолевое действие. В данном проекте планируется сравнительный анализ противовирусных механизмов NK-клеток при инфекциях CMV и SARS-CoV-2 и разработка подходов к иммунотерапии вирусинфицированных пациентов с иммуносупрессией, основанных на применении специализированных субпопуляций адаптивных NK-клеток и генномодифицированных NK-клеток, нарощенных in vitro. Будет проведено изучение гетерогенности классических адаптивных NK-клеток c фенотипом CD57+NKG2C+, накапливающихся при инфекции HCMV, с целью поиска клеточной субпопуляции, обладающей одним из основных свойств иммунологической памяти - способности к экспансии при повторной стимуляции. Реализация этой задачи будет выполняться путем выделения определенной редко представленной в данном клеточном пуле фракции с последующим сравнительным анализом ее транкриптома с помощью РНК-секвенирования. Будет также индуцироваться клональный ответ данных NK-клеток с использованием полученных нами ранее фидерных клеток, экспрессирующих HLA-E, с добавлением пептида из белка UL40 цитомегаловируса. Выделение фракции пролиферирующих HCMV-ассоциированных адаптивных NK-клеток, идентификация субпопуляционных вариантов адаптивных NK-клеток и их функциональных характеристик при персистенции HCMV, а также отработка методов их наращивания, может стать основой для разработки подходов к противовирусной иммунотерапии с использованием этих клеток. Такой терапевтический подход позволит создать более «активные» в отношении HCMV NK-клетки для борьбы с диссеменированием HCMV на фоне иммуносупрессии. Будет проведен анализ ответа NK-клеток на коронавирус SARS-CoV-2 и поиск специализированных для этой инфекции NK-клеток со свойствами иммунологической памяти. В частности, в ряде моделей будет проанализирована функциональная активность и пролиферация NK-клеток в ответ на стимуляцию разрушенным и/или живым коронавирусом, наборами пептидов, полученных из белков SARS-CoV-2 или клетками, экспрессирующими Spike-белок. Будет проведен анализ ответа классических адаптивных NK-клеток CD57+NKG2C+, ассоциированных с HCMV, на коронавирус SARS-CoV-2. В ходе выполнения проекта будут разрабатываться методы наращивания субпопуляций NK-клеток, обладающих признаками иммунологической памяти. На основе NK-клеток из пуповинной крови с помощью ретровирусной трансдукции будут получены генномодифицированные NK-клетки, оверэкспрессирующие DAP12, адаптерный белок, необходимый для проведения сигнала ряда активирующих рецепторов NK-клеток, чья экспрессия характерна для HCMV-ассоциированных адаптивных NK-клеток, в том числе NKG2C.

6 Января 2022 года — 31 Декабря 2024 года

Коваленко Е.И. (рук.)

Лаборатория клеточных взаимодействий

Грант, РНФ

Список публикаций по проекту

  1. Ustiuzhanina MO, Vavilova JD, Boyko AA, Streltsova MA, Kust SA, Kanevskiy LM, Sapozhnikov AM, Iskhakov RN, Gubernatorova EO, Drutskaya MS, Bychinin MV, Zhukova OA, Novikova ON, Sotnikova AG, Yusubalieva GM, Baklaushev VP, Kovalenko EI (2023). Coordinated Loss and Acquisition of NK Cell Surface Markers Accompanied by Generalized Cytokine Dysregulation in COVID-19. Int J Mol Sci 24 (3), 1996
  2. Vavilova JD, Ustiuzhanina MO, Boyko AA, Streltsova MA, Kust SA, Kanevskiy LM, Iskhakov RN, Sapozhnikov AM, Gubernatorova EO, Drutskaya MS, Bychinin MV, Novikova ON, Sotnikova AG, Yusubalieva GM, Baklaushev VP, Kovalenko EI (2023). Alterations in the CD56− and CD56+ T Cell Subsets during COVID-19. Int J Mol Sci 24 (10), 9047
  3. Boyko AA, Ustiuzhanina MO, Vavilova JD, Streltsova MA, Kust SA, Siniavin AE, Astrakhantseva IV, Drutskaya MS, Kovalenko EI (2023). Phenotypic Changes in T and NK Cells Induced by Sputnik V Vaccination. Vaccines (Basel) 11 (6),
  4. Alekseeva NA, Ustyuzhanina MO, Streltsova MA, Grechikhina MV, Lutsenko GV, Kovalenko EI (2023). NK CELL EXPANSION IN VITRO IS FOLLOWED BY LOSS OF INHIBITORY KIR EXPRESSION. Medical Immunology (Russia) 25 (3), 441–446
  5. Velichinskii RA, Vavilova JD, Boyko AA, Shustova OA, Palamarchuk AI, Yusubalieva GM, Kucherova ON, Streltsova MA, Kovalenko EI (2023). UMBILICAL CORD BLOOD AS A PROMISING SOURCE OF NK CELLS FOR IMMUNOTHERAPY. Medical Immunology (Russia) 25 (5), 1259–1264
  6. (конференция) Ustiuzhanina MO, Britanova OV, Kovalenko EI (2022). The impact of SARS-CoV-2 peptides on activation of NK cells. MAJ 22 (2), 261–268
  7. Alekseeva NA, Streltsova MA, Vavilova JD, Ustiuzhanina MO, Palamarchuk AI, Boyko AA, Timofeev ND, Popodko AI, Kovalenko EI (2024). Obtaining Gene-Modified HLA-E-Expressing Feeder Cells for Stimulation of Natural Killer Cells. Pharmaceutics 16 (1), 133
  8. Kust SA, Ustiuzhanina MO, Streltsova MA, Shelyakin PV, Kryukov MA, Lutsenko GV, Sudarikova AV, Merzlyak EM, Britanova OV, Sapozhnikov AM, Kovalenko EI (2024). HLA-DR Expression in Natural Killer Cells Marks Distinct Functional States, Depending on Cell Differentiation Stage. Int J Mol Sci 25 (9), 4609
  9. Streltsova MA, Palamarchuk AI, Vavilova JD, Ustiuzhanina MO, Boyko AA, Velichinskii RA, Alekseeva NA, Grechikhina MV, Shustova OA, Sapozhnikov AM, Kovalenko EI (2024). Methodological Approaches for Increasing the Retroviral Transduction Efficiency of Primary NK Cells. Curr Pharm Des 30 (37), 2947–2958
  10. Alekseeva NA, Vavilova YD, Kovalenko EI (2024). Increased proliferative response of highly differentiated CD57+NKG2C+NK cells expressing NKG2A. Medical Immunology (Russia) 26 (5), 891–896
  11. Ustiuzhanina MO, Boyko AA, Vavilova JD, Siniavin AE, Streltsova MA, Astrakhantseva IV, Drutskaya MS, Chudakov DM, Kovalenko EI (2024). The Antigen-Specific Response of NK Cells to SARS-CoV-2 Correlates With KIR2DS4 Expression. J Med Virol 96 (11), e70057