scRNA-seq ارگانوئیدهای ریه آلوده به SARS-CoV-2 نشان می دهد که مهارکننده NFKB آلفا در سلول های آلوده افزایش یافته است.

از

مرجع مجله:

  • Simoneau، RC، Chen، P.، Xing، GK، و همکاران (2022) آلفا بازدارنده NF-kB نقش متقاطع در طول عفونت SARS-CoV-2 در ارگانوئیدهای راه هوایی انسانی با بیان بیش از حد ACE2 دارد. bioRxiv. doi:10.1101/2022.08.02.502100

وظیفه اصلی اپیتلیوم راه هوایی حذف و خنثی کردن مواد مضر و پاتوژن های موجود در هوای استنشاقی است. برای مثال، سلول‌های کلاب، پروتئین‌های ترشحی سلول‌های کلابی تعدیل‌کننده ایمنی تولید می‌کنند.

سطح بالایی از پروتئین IkBα در سلول های آلوده به SARS-CoV-2 بیان می شود. علیرغم تنظیم مثبت IκBα، وجود NF-kB در هسته سلول های آلوده، به جای سلول های سالم، نشان دهنده تحریک مداوم سیگنال دهی NF-kB است. این یافته با مطالعه قبلی که یک حلقه بازخورد ناقص را در کنترل NF-kB در طول عفونت ویروس سنسیشیال تنفسی (RSV) مشاهده کرد، مطابقت دارد.

در مطالعه حاضر، دانشمندان از روش توالی‌یابی اسید ریبونوکلئیک تک سلولی (RNA) برای رمزگشایی پاسخ درونی سلول به SARS-CoV-2 استفاده کردند. برای این منظور، آنها پیش‌بینی کردند که افزایش نرخ عفونت انواع SARS-CoV-2 را می‌توان در سایر کروناویروس‌های استفاده‌کننده از ACE2 مانند hCOV-NL63 و SARS-CoV مشاهده کرد.

مطالعه: آلفا بازدارنده NF-kB نقش متقاطع در طول عفونت SARS-CoV-2 در ارگانوئیدهای راه هوایی انسانی با بیان بیش از حد ACE2 دارد. اعتبار تصویر: marianstock / Shutterstock.com

زمینه

همه گیر بیماری کروناویروس 2019 (COVID-19) به طور قابل توجهی بر سیستم ها و اقتصادهای مراقبت های بهداشتی جهانی تأثیر گذاشته است. از زمان آغاز همه‌گیری، که ناشی از ظهور سندرم حاد تنفسی ویروس کرونا 2 (SARS-CoV-2) بود، محققان به طور مستمر مکانیسم‌های تکثیر این ویروس را بررسی کردند.

SARS-CoV-2 انسان را از طریق تعامل بین پروتئین اسپایک آن و گیرنده آنزیم مبدل آنژیوتانسین 2 (ACE2) سلول میزبان آلوده می کند.

مدل ارگانوئیدی از این پدیده پشتیبانی می کند که بیان بیش از حد یک پروتئین IκBα فسفریله نشده جهش یافته به راحتی تجزیه می شود. در این مطالعه، IκBα به عنوان یک عامل پروویروسی گزارش شد که از تکثیر ویروس در میزبان پشتیبانی می کند.

ژن آلفای بازدارنده فاکتور هسته ای-kB (NFKBIA) برای کنترل عفونت SARS-CoV-2 توسط انواع مختلف پیشنهاد شده است. هنگامی که ژن NFKBIA به شدت القا می شود، سطوح اسید ریبونوکلئیک پیام رسان (mRNA) با سطوح RNA ویروسی همبستگی مثبت دارد.

پروفایل رونویسی سلول‌های جامی ترشحی، سلول‌های باشگاهی و سلول‌های پایه نیز انجام شد. این سلول‌ها تغییرات رونویسی مشترکی را نشان دادند، بنابراین با خوشه‌بندی پس از عفونت توسط انواع SARS-CoV-2 نشان داده شد.

مطالعات قبلی گزارش کرده‌اند که SARS-CoV-2 عمدتاً در سلول‌های اپیتلیال راه هوایی که سطوح بالایی از گیرنده ACE2 را بیان می‌کنند، تکثیر می‌شود. در مقایسه با سطح بالای بیان ACE2 مشاهده شده در راه های هوایی و ریه ها، فضای آلوئولی سطح بسیار پایین تری از بیان ACE2 را نشان می دهد.

مطالعه: آلفا بازدارنده NF-kB نقش متقاطع در طول عفونت SARS-CoV-2 در ارگانوئیدهای راه هوایی انسان با بیان بیش از حد ACE2 دارد. اعتبار تصویر: marianstock / Shutterstock.com



منبع

مدل‌های ارگانوئیدی سه بعدی (3D) برای تقلید سلولی بودن پیچیده اپیتلیوم راه هوایی انسان ایجاد شده‌اند. این ارگانوئیدها از انواع مختلفی از سلول‌ها تشکیل شده‌اند که در ساختاری سه‌بعدی رشد می‌کنند که از اندام‌های انسان تقلید می‌کنند.

در یک مطالعه اخیر منتشر شده در سرور preprint bioRxiv*، محققان یک سیستم ارگانوئیدی راه هوایی اصلاح شده ژنتیکی ایجاد کردند که بر چالش های مربوط به تغییرات طبیعی در سطوح ACE2 غلبه می کند. این مدل HAO تمایز نیافته مشتق‌شده از سلول‌های بنیادی بالغ، نرخ عفونت بالایی را بدون تمایز طولانی ارائه می‌کند و همچنین به محققان اجازه می‌دهد تا اثرات عفونت را با استفاده از انواع ژنتیکی متنوع SARS-CoV-2 تجزیه و تحلیل کنند.

مدل ارگانوئیدی شرح داده شده در مطالعه حاضر می تواند ابزار قدرتمندی برای مطالعه عفونت SARS-CoV-2 در سلول های اولیه راه هوایی باشد. این مدل میزان عفونت متغیر وابسته به اهداکننده را کاهش می‌دهد و مدل‌های سلول اولیه کاملاً متمایز را ارائه می‌دهد. نکته مهم این است که به درک برنامه ریزی مجدد رونویسی که در سلول های پیش ساز راه های هوایی در پاسخ به عفونت COVID-19 رخ می دهد، کمک می کند.

*تذکر مهم

از زمانی که سویه اصلی SARS-CoV-2 در سال 2019 شناسایی شد، دچار جهش‌های ژنومی شده است که منجر به ظهور چندین نوع SARS-CoV-2 شده است. این گونه ها توسط سازمان بهداشت جهانی (WHO) به عنوان انواع نگرانی (VOCs) و انواع مورد علاقه (VOIs) طبقه بندی شده اند.

یافته های مطالعه

مطالعه حاضر از مشاهدات قبلی حمایت می‌کند که IκBα با محدود کردن جزئی فعالیت‌های ضد ویروسی NF-kB، عفونت ویروسی را ترویج می‌کند. برخلاف این مشاهدات، شکست p65 اثر مثبت سیگنال دهی NF-kB را در عفونت SARS-CoV-2 نشان داده است.

نتیجه گیری

پروتئین های ویروسی در اپیتلیوم راه هوایی و بافت ریه بیماران COVID-19 شناسایی شده است. اگرچه سلول های مژک دار به نظر اهداف طبیعی SARS-CoV-2 هستند، پروتئین های ویروسی نیز در سلول های پایه و ترشحی در هر دو شناسایی شده اند. in vivo و ex vivo عفونت ها

bioRxiv گزارش‌های علمی مقدماتی را منتشر می‌کند که توسط همتایان مورد بررسی قرار نگرفته‌اند و بنابراین، نباید به‌عنوان نتیجه‌گیری، راهنمای عمل بالینی/رفتار مرتبط با سلامتی در نظر گرفته شوند یا به عنوان اطلاعات ثابت تلقی شوند.

به طور معمول، این مدل‌های ارگانوئید سه بعدی از سلول‌های بنیادی پرتوان (iPSCs)، سلول‌های بنیادی جنینی (ESCs)، یا سلول‌های پیش‌ساز مشتق شده‌اند. در زمینه SARS-CoV-2، ارگانوئیدهای راه هوایی انسانی (HAOs) مشتق از iPSC یا ESC اغلب برای مطالعه الگوی تکثیر آن استفاده می شود.

در مقایسه، سلول‌های جامی موسین ترشح می‌کنند که مخاطی را در سطوح داخلی دستگاه تنفسی تشکیل می‌دهد که از اپیتلیوم زیرین محافظت می‌کند. سلول های مژک دار حرکت موکوس را از طریق دستگاه تنفسی تسهیل می کنند.

این حلقه بازخورد ناقص در NF-kB می تواند نشان دهنده رقابت مداوم بین SARS-CoV-2 و میزبان باشد. اگرچه نرخ بالایی از رونوشت های NFKBIA وجود دارد، تنظیم مثبت مداوم سیگنال دهی NF-kB ضد ویروسی در میزبان به دلیل حضور مداوم ویروس بر حلقه بازخورد تأثیر می گذارد. علاوه بر این، سنتز مداوم پروتئین IκBα از طریق تخریب مداوم بازدارنده IκBα بر تکثیر ویروس تأثیر می گذارد.