Исследователи идентифицируют клетки, которые могут подвергаться воздействию вируса COVID-19

Исследователи идентифицируют клетки, которые могут подвергаться воздействию вируса COVID-19

Исследователи в MIT; Институт Рагона MGH, MIT и Гарварда; и Широкий институт Массачусетского технологического института и Гарварда; вместе с коллегами со всего мира определили конкретные типы клеток, которые, по-видимому, являются мишенями для коронавируса, который вызывает пандемию Covid-19.

Используя имеющиеся данные о РНК, обнаруженной в различных типах клеток, исследователи смогли найти клетки, которые экспрессируют два белка, которые помогают вирусу SARS-CoV-2 проникать в клетки человека. Они обнаружили подмножества клеток в легких, носовых проходах и кишечнике, которые экспрессируют РНК для обоих этих белков гораздо больше, чем другие клетки.

Исследователи надеются, что их результаты помогут руководству ученых, которые работают над разработкой новых лекарств или тестированием существующих лекарств, которые могут быть повторно использованы для лечения Covid-19.

«Наша цель – донести информацию до сообщества и обмениваться данными как можно скорее, чтобы мы могли помочь ускорить текущие усилия в научных и медицинских кругах», – говорит Алекс К. Шалек, Pfizer-Laubach Career Development. Адъюнкт-профессор химии, основной член Института медицинской инженерии и науки Массачусетского технологического института (IMES), заочный сотрудник Института интегральных исследований рака им. Коха, ассоциированный член Института Рагона и член Института им.

Шалек и Хосе Ордовас-Монтанес, бывший постдок MIT, который сейчас руководит собственной лабораторией в Бостонской детской больнице, являются старшими авторами исследования, которое сегодня выходит в Cell . Ведущими авторами статьи являются аспиранты Массачусетского технологического института Карли Циглер, Сэмюэл Аллон и Сара Найквист; и Ян Мбано, исследователь из Института исследований здоровья Африки в Дурбане, Южная Африка.

Копаться в данных

Вскоре после начала вспышки SARS-CoV-2 ученые обнаружили, что вирусный «спайк» белок связывается с рецептором на клетках человека, известным как ангиотензинпревращающий фермент 2 (ACE2). Другой человеческий белок, фермент TMPRSS2, помогает активировать спайковый белок коронавируса, чтобы обеспечить проникновение в клетку. Комбинированное связывание и активация позволяют вирусу проникать в клетки-хозяева.

«Как только мы поняли, что роль этих белков была подтверждена биохимически, мы начали искать, где эти гены находятся в наших существующих наборах данных», – говорит Ордовас-Монтанес. «Мы действительно были в хорошем положении, чтобы начать исследовать, на какие клетки может нацелиться этот вирус».

Лаборатория Шалека и многие другие лаборатории по всему миру провели масштабные исследования десятков тысяч клеток человека, приматов и мышей, в которых они используют технологию секвенирования одноклеточной РНК, чтобы определить, какие гены включены в данный тип клетки. С прошлого года Найквист совместно с партнерами из Института Брод строит базу данных для хранения огромной коллекции этих наборов данных в одном месте, что позволяет исследователям изучать потенциальную роль определенных клеток при различных инфекционных заболеваниях.

Большая часть данных поступила из лабораторий, принадлежащих проекту «Атлас человеческих клеток», целью которого является каталогизация отличительных паттернов активности генов для каждого типа клеток в организме человека. Наборы данных, которые команда MIT использовала для этого исследования, включали сотни типов клеток из легких, носовых ходов и кишечника. Исследователи выбрали эти органы для исследования Covid-19, потому что предыдущие данные указывали, что вирус может заразить каждый из них. Затем они сравнили свои результаты с типами клеток из неповрежденных органов.

«Поскольку у нас есть это невероятное хранилище информации, мы смогли начать изучать вероятные клетки-мишени для инфекции», – говорит Шалек. «Несмотря на то, что эти наборы данных не были разработаны специально для изучения Covid, мы надеемся, что это даст нам толчок для выявления некоторых вещей, которые могут быть там актуальны».

В носовых проходах исследователи обнаружили, что секреторные клетки бокалов, которые производят слизь, экспрессируют РНК для обоих белков, которые SARS-CoV-2 использует для заражения клеток. В легких они обнаружили РНК для этих белков в основном в клетках, называемых пневмоцитами типа II. Эти клетки выстилают альвеолы ​​(воздушные мешочки) легких и отвечают за то, чтобы они оставались открытыми.

В кишечнике они обнаружили, что клетки, называемые абсорбирующими энтероцитами, которые отвечают за абсорбцию некоторых питательных веществ, экспрессируют РНК для этих двух белков в большей степени, чем клетки любого другого типа в кишечнике.

«Это может быть не полная история, но она определенно рисует гораздо более точную картину, чем то, где раньше стояло поле», – говорит Ордовас-Монтанес. «Теперь мы можем с некоторой долей уверенности сказать, что эти рецепторы экспрессируются на этих специфических клетках в этих тканях».

Борьба с инфекцией

В своих данных исследователи также обнаружили удивительное явление – экспрессия гена ACE2, по-видимому, коррелирует с активацией генов, которые, как известно, включаются интерфероном, белком, который организм вырабатывает в ответ на вирусную инфекцию. Чтобы исследовать это дальше, исследователи провели новые эксперименты, в которых они обрабатывали клетки, которые выстилают дыхательные пути интерфероном, и обнаружили, что лечение действительно включает ген ACE2.

Интерферон помогает бороться с инфекцией, препятствуя репликации вируса и помогая активировать иммунные клетки. Это также включает отличительный набор генов, которые помогают клеткам бороться с инфекцией. Предыдущие исследования показали, что ACE2 играет роль в помощи клеткам легких переносить повреждения, но это первый случай, когда ACE2 был связан с реакцией на интерферон.

Полученные данные свидетельствуют о том, что коронавирусы могли эволюционировать, чтобы воспользоваться естественной защитой клеток-хозяев, угоняя некоторые белки для собственного использования.

«Это не единственный пример этого, – говорит Ордовас-Монтанес. «Существуют и другие примеры коронавирусов и других вирусов, которые фактически нацелены на стимулированные интерфероном гены как способы проникновения в клетки. В каком-то смысле это самый надежный ответ хозяина».

Поскольку интерферон имеет очень много полезных эффектов против вирусной инфекции, его иногда используют для лечения таких инфекций, как гепатит B и гепатит C. Результаты исследования группы MIT показывают, что потенциальная роль интерферона в борьбе с Covid-19 может быть сложной. С одной стороны, он может стимулировать гены, которые борются с инфекцией или помогают клеткам пережить повреждение, но с другой стороны, он может обеспечить дополнительные цели, которые помогают вирусу заражать больше клеток.

«Трудно сделать какие-либо общие выводы о роли интерферона против этого вируса. Единственный способ понять это – тщательно контролируемые клинические испытания», – говорит Шалек. «То, что мы пытаемся сделать, – это разместить информацию там, потому что люди очень быстро реагируют на клинические реакции. Мы стараемся, чтобы они знали о вещах, которые могут иметь отношение к делу».

Shalek теперь надеется работать с коллегами, чтобы профилировать модели тканей, которые включают клетки, определенные в этом исследовании. Такие модели можно использовать для тестирования существующих противовирусных препаратов и прогнозирования их влияния на инфекцию SARS-CoV-2.

Команда MIT и их сотрудники сделали все данные, которые они использовали в этом исследовании, доступными для других лабораторий, которые хотят использовать это. По словам Шалека, большая часть данных, использованных в этом исследовании, была получена в сотрудничестве с исследователями по всему миру, которые были очень готовы поделиться ими.

«Было невероятное излияние информации от научного сообщества с рядом различных сторон, заинтересованных в участии в битве против Ковида любым возможным способом», – говорит он. «Было невероятно видеть, как большое количество лабораторий со всего мира собираются вместе, чтобы попытаться совместно решить эту проблему».

Исследование финансировалось Программой ученых Сирла, Программой молодых исследователей Бекмана, Программой ученых-исследователей рака им. Пью-Стюарта, Стипендиатом Слоана в области химии, Национальными институтами здравоохранения, Фондом Aeras, Фондом Билла и Мелинды Гейтс, Фонд семьи Ричарда и Сьюзан Смит, Национальный институт общих медицинских наук, экспериментальная программа Центра клинических и трансляционных наук UMass, а также офис помощника министра обороны по вопросам здравоохранения.

Источник истории:

Материалы предоставлены Массачусетским технологическим институтом . Оригинал написан Энн Трафтон. Примечание: содержание может быть отредактировано по стилю и длине.


Ссылка на журнал :

  1. Циглер и соавт. Рецептор SARS-CoV-2 ACE2 является стимулированным интерфероном геном в эпителиальных клетках дыхательных путей человека и обнаруживается в определенных клеточных подгруппах в тканях . Cell , 22 апреля 2020 г .; DOI: 10.1016 / j.cell.2020.04.035