bioRxiv گزارش‌های علمی مقدماتی را منتشر می‌کند که توسط همتایان بررسی نمی‌شوند و بنابراین، نباید به‌عنوان اطلاعات قطعی، راهنمای عمل بالینی/رفتار مرتبط با سلامتی در نظر گرفته شوند یا به عنوان اطلاعات ثابت تلقی شوند.
این سلول‌ها در آزمایش‌های زوجی برای تعیین شباهت‌ها و تفاوت‌ها در مکانیسم‌ها و عوامل مؤثر بر تظاهرات COVID-19 در ریه‌ها و قلب استفاده شدند.
یافته‌های مهم این مطالعه نشان داد که در حالی که هر سه نوع سلول به حضور گیرنده‌های ACE2 وابسته بودند، پردازش پایین‌دست پروتئین S ویروسی در مسیرهای متفاوتی بود. به عنوان مثال، در سلول‌های AT2 ریه، برش پروتئین S توسط پروتئازهای سرین TMPRSS2 بر روی غشای سلول میزبان انجام شد، در حالی که ورود ویروس به سلول‌های قلب از طریق مسیر آندوزومی از طریق برش کاتپسین زیر واحدهای S1 و S2 انجام شد. .
این تیم از پروتئین 9 (Cas9) مرتبط با تکرارهای کوتاه پالیندرومیک (CRISPR) خوشه‌ای استفاده کردند تا اهمیت آن در عفونت SARS-CoV-2 را درک کنند. علاوه بر این، از مهارکننده‌های مولکول کوچک برای از بین بردن مکانیسم‌های مختلف ورود ویروس استفاده شد. آنها همچنین از فسفوپروتئومیک و پروفایل رونویسی برای درک تفاوت‌های پاسخ‌های سلولی در طول عفونت‌های SARS-CoV-2 استفاده کردند.
نتایج
اگرچه بیماری کروناویروس 2019 (COVID-19) عمدتاً سیستم تنفسی و ریوی را تحت تأثیر قرار داده است، تظاهرات شدید COVID-19 بر سیستم های قلبی عروقی، گوارشی، کلیوی و عصبی نیز تأثیر گذاشته است.
مطالعه حاضر از سلول‌های بنیادی پرتوان انسانی (hPSCs) برای تولید سلول‌های عملکردی ریه و قلب استفاده کرد. کشت‌های قلبی مشتق‌شده از سلول‌های بنیادی و سلول‌های اپیتلیال آلوئولی ریه نوع II (AT2) می‌توانند به SARS-CoV-2 آلوده شوند. سلول‌های Vero یا سلول‌های اپیتلیال کلیه میمون سبز آفریقایی، که به طور گسترده در تحقیقات COVID-19 استفاده می‌شود، نیز در این مطالعه برای مقایسه مورد استفاده قرار گرفت.
پروتئین SARS-CoV-2 S با اتصال به گیرنده آنزیم مبدل آنژیوتانسین 2 (ACE2) در سطح سلول میزبان عفونت را آغاز می کند. پروتئازهای سلول میزبان مانند فورین پروتئین S را به دو زیر واحد – S1 و S2 می شکافند. ادغام بعدی غشای سلول ویروسی و میزبان نیاز به جدا شدن S1 از S2 توسط سرین پروتئازها یا کاتپسین ها دارد. تروپیسم بافتی ویروس با بیان ACE2 و پروتئازهای سرین یا ACE2 و کاتپسین ها تعیین می شود که در سیستم های تنفسی، ریوی، قلبی، کلیوی و گوارشی متفاوت است.
در مورد مطالعه
در مطالعه اخیر ارسال شده به bioRxiv* سرور پیش چاپ، محققان استرالیایی مکانیسم‌های مولکولی عوارض ریوی و قلبی ناشی از عفونت کروناویروس ۲ (SARS-CoV-2) با سندرم حاد تنفسی را با استفاده از سلول‌های قلبی و ریوی مشتق از سلول‌های بنیادی انسانی بررسی کردند.
به طور کلی، نتایج تفاوت های قابل توجهی را در مکانیسم عفونت SARS-CoV-2 در سلول ها و بافت قلبی و ریوی نشان داد. در حالی که ورود ویروس در هر دو سلول با اتصال گیرنده ACE2 آغاز می شود، مسیرهای بعدی عفونت ویروسی به طور قابل توجهی با پروتئین اسپایک که تحت برش پروتئاز سرین در سلول های AT2 ریه و برش کاتپسین اندوزومی در سلول های قلبی قرار می گیرد متفاوت است.
تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) و الکتروکاردیوگراف (ECG) عوارض قلبی مانند آسیب میوکارد، آریتمی و ترومبوآمبولی را در تعداد زیادی از بیماران مبتلا به کووید-19 در حال بهبودی شناسایی کرده‌اند. علاوه بر این، کالبد شکافی‌ها همچنین آنتی‌ژن پروتئین اسپایک (S) و RNA SARS-CoV-2 را در بافت قلب بیمارانی که تسلیم COVID-19 شده‌اند، شناسایی کرده‌اند.
مطالعه: استفاده موازی از مدل‌های ریه و قلب سلول‌های بنیادی انسان، بینش جدیدی برای درمان SARS-CoV-2 ارائه می‌کند. اعتبار تصویر: Kateryna Kon / Shutterstock
زمینه
این مطالعه همچنین بر اهمیت استفاده از مدل های سلولی مشتق شده از سلول های بنیادی به غیر از رده های سلولی جاودانه مانند سلول های Vero برای آزمایش اثر ضد ویروسی و سمیت سلولی درمان های COVID-19 تاکید کرد.
*تذکر مهم
مرجع مجله:
- استفاده موازی از مدل‌های ریه و قلب سلول‌های بنیادی انسان، بینش جدیدی را برای درمان SARS-CoV-2 ارائه می‌کند: راجیو رودراجو، متیو جی گارتنر، جسیکا ای نیل، الیزابت اس استوت، جوزف چن، الیز جی نیدهام، مایکل سی، چارلی مکنزی. -کلوداس، لئو یی یانگ، مینگ یانگ وانگ، هیلی پوینتر، کتی کاراوندزاس، داد ابوبنسرا، دیمین درو، یو بو یانگ سان، جیا پینگ تان، گوئیزی سان، عباس سالاواتی، ناتالی چاریتاکیس، هیو تی نیم، پیتر دی کوری، وای هونگ تام، انزو پورلو، خوزه پولو، شان جی همفری، میرانا رامیالیسون، دیوید آ الیوت و کانتا ساببارائو. bioRxiv. 2022. DOI: https://doi.org/10.1101/2022.09.20.508614، https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.09.20.508614v1
سنجش‌های مهار ورود با استفاده از مهارکننده TMPRSS2 Camostat mesylate از عفونت SARS-CoV-2 سلول‌های AT2 ریه جلوگیری کرد و نقش پروتئازهای سرین را در ورود ویروس به سلول‌های ریه برجسته کرد. سنجش‌های مشابه با CA-074 Me، یک مهارکننده کاتپسین B و L، ورود ویروس به سلول‌های قلبی را مسدود کرد.
نویسندگان بر این باورند که برش افتراقی پروتئین اسپایک و واریانس بیان گیرنده ACE2 در هر دو این سلول ها نشان دهنده نیاز به بهبود درمان ضد ویروسی و گنجاندن ترکیبی از داروها برای هدف قرار دادن مسیرهای پروتئاز آندوزومی و غشایی ورود ویروس است. آنها استفاده از داروهایی را پیشنهاد می‌کنند که پروتئین کیناز-1 فاکتور پیرایشی غنی از سرین/آرژنین و کینازهای وابسته به سیکلین (CDK) را هدف قرار می‌دهند.
علاوه بر این، عفونت ویروسی منجر به پاسخ اینترفرون قوی در سلول‌های قلبی شد اما نه سلول‌های AT2 ریه. نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل فسفوپروتئومیکس همچنین نشان داد که عفونت مسیرهای مختلفی را در سلول‌های AT2 ریه و قلب فعال می‌کند.
نتیجه گیری
عفونت ساقط شده SARS-CoV-2 در سلول‌های ریه و قلب ACE2 نشان داد که گیرنده‌های ACE2 برای عفونت ویروسی ضروری هستند. با این حال، استفاده از ترکیبی از آنتی‌بادی‌های ضد ACE2 عفونت SARS-CoV-2 را در بافت ریه و قلب مسدود کرد، اما دوزهای پایین آنتی‌بادی‌های ضد ACE2 تنها از عفونت ویروسی در سلول‌های قلبی جلوگیری کرد. این نتایج، همراه با تعیین توالی اسید ریبونوکلئیک (RNA) و واکنش زنجیره‌ای پلیمراز کمی (qPCR)، نشان داد که سلول‌های AT2 ریه بیان بالاتری از گیرنده‌های ACE2 نسبت به سلول‌های قلبی دارند.