Polscy naukowcy odkryli nowe czynniki niezbędne do replikacji koronawirusa

Nowe czynniki, które są niezbędne, by w ludzkich komórkach mógł namnażać się wirus SARS-CoV-2, odkryli naukowcy z polskiego zespołu prof. Krzysztofa Pyrcia i ich współpracownicy z Chin. O badaniach informuje pismo „Cells”.

Koronawirusy zostały odkryte u zwierząt około 80 lat temu, dzięki wykorzystaniu mikroskopu elektronowego. Wydają się mieć wyjątkową zdolność do przekraczania granic między gatunkami i zakażania wielu różnych organizmów. Powodujący zespół ostrej niewydolności oddechowej SARS-CoV-2 to trzeci (po wirusach SARS i MERS-CoV) i zapewne nieostatni zwierzęcy koronawirus, który pojawił się u ludzi w XXI wieku. Obraz kliniczny zakażenia może wahać się od bezobjawowej, łagodnej infekcji dróg oddechowych do ciężkiej choroby z uszkodzeniem płuc, niewydolnością wielonarządową i śmiercią.

„Uniwersalność” koronawirusów jest o tyle zaskakująca, że oprócz koniecznych do skutecznego zakażenia receptorów komórek gospodarza, interakcje między komórką a patogenem są zwykle specyficzne dla gatunku. Dokładne poznanie interakcji gospodarz-wirus powinno pozwolić na projektowanie i wytwarzanie leków przydatnych nie tylko wobec COVID-19, ale i ewentualnych przyszłych pandemii.

Autorzy badań dokonali złożonej analizy infekcji SARS-CoV-2 przy użyciu metody CRISPR-Cas9 (polega na cięciu DNA i wyłączeniu działania wadliwego genu lub zastępowaniu go inną wersją) obejmującej cały genom komórek. Zastosowano między innymi komórki HeLa (jedna z najważniejszych dla badań medycznych linii komórkowych, wywodząca się z komórek raka szyjki macicy, pobranych w 1951 roku od Henrietty Lacks) oraz Vero E6 – komórki małpy – kotawca zielonosiwego (Cercopithecus aethiops). Zastosowane komórki miały między innymi zwiększoną liczbę receptorów ACE2.

Badanie miało na celu identyfikację czynników wymaganych do replikacji wirusa. Wstępnie zidentyfikowano 178 „obiecujących” genów, nad którymi trwały dalsze prace – zarówno laboratoryjne eksperymenty in vitro, jak i komputerowe symulacje (in silico).

Wśród tych 178 genów udało się zidentyfikować geny należące do szlaków, które wcześniej rozpoznano lub podejrzewano, że odgrywają rolę w zakażeniu SARS-CoV-2: związany z transportem pęcherzyków aparatu Golgiego (MACF1); transportem endosomalnym (EVI5 i RHOBTB3); egzocytozą (JUP, CANT1, MVP i SNX19); regulacją transdukcji sygnału przez mediator klasy p53 (TAF15); odpowiedzią na poziomy tlenu (ADORA1) i geny związane z różnicowaniem komórek nabłonkowych (NPHS2, JUP, ARHGEF26, KRTAP1-4, TGM3, TST, MAP2K1, KRT71 i SAFB2).

Uzyskane wyniki zostały porównane z wynikami innych badań – okazało się, że niektóre ze zidentyfikowanych czynników odgrywają rolę także w cyklach replikacji innych wirusów. Udało się zidentyfikować procesy wymagane do replikacji SARS-CoV-2 niezależnie od systemu modelowego. Były to transport pęcherzyków aparatu Golgiego, transport endosomalny, egzocytoza, regulacja transdukcji sygnału przez mediator klasy p53, odpowiedź na poziomy tlenu, przetwarzanie metaboliczne fosfatydyloinozytolu i różnicowanie komórek nabłonka.

Analiza kilku modeli może pozwolić na identyfikację uniwersalnych czynników wymaganych do replikacji wirusa, która jest wspólna dla wszystkich modeli.

Podczas gdy nokaut (wyłączenie działania) niektórych genów skutkował jedynie umiarkowanym spadkiem replikacji wirusa, nokaut genu EPGN przyczynił się do znacznego zmniejszenia liczby kopii wirusowego RNA. Także wyeliminowanie deubikwitynazy USP17, która wpływa na proliferację komórek i reguluje odpowiedzi zapalne, skutkowało ograniczeniem replikacji wirusa.

Zespół badawczy stworzyli prof. Wojciech Branicki, Malwina Jędrysik, Adrianna Klajmon, dr Pawel P.Łabaj, Katarzyna Owczarek, prof. Krzysztof Pyrć, Aleksandra Synowiec i Artur Szczepański (Małopolskie Centrum Biotechnologii UJ) oraz Jing Lei, Chen Suo,Jingru Wang i Pengyan Zhang (Fudan University).

Publikacja dostępna jest na stronie: https://doi.org/10.3390/cells10113159

Praca była finansowana z dotacji resortu nauki na badania nad SARS-CoV-2 oraz grantu NCN. 

Źródło: PAP – Nauka w Polsce/ autor: Paweł Wernicki

Czytaj także: Jak stan epidemii wymusił zmianę procedur, standardów i instrukcji w szpitalach