Dalam studi baru-baru ini yang diposting ke server pracetak bioRxiv*, para peneliti mengevaluasi dampak sindrom pernapasan akut coronavirus 2 (SARS-CoV-2) yang parah pada sistem saraf tepi (PNS).
Studi: Neuron sensorik turunan sel iPS manusia dapat terinfeksi oleh SARS-CoV-2 strain WA1/2020 serta varian delta dan omicron. Kredit Gambar: Fit Ztudio/Shutterstock
Studi sebelumnya telah melaporkan bahwa neuron kekurangan reseptor angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2), penting untuk masuknya SARS-CoV-2, dan oleh karena itu, tidak tertular infeksi SARS-CoV-2. Dengan demikian, neuropati perifer dapat timbul sebagai akibat dari peradangan neuron sensorik yang tidak spesifik. Namun, neuropati pada sistem saraf tepi telah diamati di akhir perjalanan penyakit coronavirus 2019 (COVID-19), selama periode peradangan berkurang.
Tentang penelitian
Dalam penelitian ini, para peneliti mengeksplorasi mekanisme yang digunakan oleh SARS-CoV-2 untuk menginfeksi PNS.
Neuron sensorik yang berasal dari manusia dihasilkan dari iPS (sel induk pluripoten terinduksi) yang terpapar strain SARS-CoV-2 WA1/2020 dan varian yang menjadi perhatian (VOC), seperti varian Delta dan varian Omicron. Pengurutan asam ribonukleat sel tunggal (scRNAseq) dilakukan pada HI (heat-inactivated) SARS-CoV-2 atau WA1/2020 aktif. Tim menyelidiki apakah neuron dapat mengekspresikan ACE2 dan mendapatkan infeksi SARS-CoV-2. Sel ginjal embrionik manusia (HEK) 293T dimasukkan dalam kultur sel untuk perbandingan simultan neuron sensorik iPS dengan sel dengan ekspresi ACE2 yang kuat dan replikasi SARS-CoV-2 aktif.
Profil ekspresi genom dari neuron sensorik SARS-CoV-2 RNA-positif dan SARS-CoV-2-RNA-negatif dibandingkan. Untuk menyelidiki replikasi RNA SARS-CoV-2 dalam sel HEK293T dan neuron sensorik, informasi scRNAseq dianalisis untuk untaian negatif RNA SARS-CoV-2. Untuk menyelidiki apakah neuron sensorik dapat melepaskan SARS-CoV-2 yang menular, sel-sel terinfeksi virus, setelah itu, jumlah SARS-CoV-2 yang menular dalam media kultur dikuantifikasi menggunakan uji plak. Sel Calu3 (garis sel karsinoma paru-paru manusia) digunakan sebagai kontrol positif.
Untuk mengevaluasi perbedaan dalam infeksi saraf sensorik oleh WA1 / 2020, Delta dan Omicron, kultur bersama neuron sensorik yang berasal dari sel punca pluripoten terinduksi dan sel HEK293T terinfeksi selama dua hari, dan selanjutnya, sel dianalisis dengan analisis scRNAseq. Selanjutnya, analisis ekspresi gen diferensial dilakukan untuk mengidentifikasi tanda tangan genetik yang ditunjukkan oleh neuron sensorik SARS-CoV-2 RNA-negatif dan SARS-CoV-2 RNA-positif dan sel 293T yang terinfeksi WA1/2020, Delta, atau Omicron.
Hasil
SARS-CoV-2 dapat menginfeksi 20% neuron sensorik, dengan Omicron memiliki tingkat infeksi paling rendah (tiga kali lipat lebih rendah daripada WA1/2020 dan Delta). Meskipun neuron terinfeksi oleh SARS-CoV-2, virus tidak dapat bereplikasi secara aktif dan melepaskan keturunan virus. Setelah 1,50 bulan membedakan sel punca pluripoten yang diinduksi manusia menjadi neuron tipe sensorik, >90,0% sel menunjukkan ekspresi penanda neuron sensorik, termasuk reseptor tirosin kinase (RET), reseptor tropomiosin kinase B (Trk.B), peripherin 2 (PRPH), Trk.C, dan peptida terkait gen kalsitonin (CGRP). Neuron yang diturunkan dari sel induk berpotensi majemuk yang diinduksi menunjukkan peningkatan ekspresi ACE2 pada tingkat yang sebanding dengan yang diekspresikan oleh sel paru-paru Calu3, yang menunjukkan infektivitas.
Asam ribonukleat SARS-CoV-2 terdeteksi pada 30,0% sel yang terinfeksi SARS-CoV-2. Tim mendeteksi RNA gen SARS-CoV-2 N (nukleokapsid) masing-masing pada 18% dan 21% neuron dan sel HEK293T, menunjukkan bahwa neuron mendukung infeksi oleh SARS-CoV-2 dan replikasi asam ribonukleat. Ekspresi penanda neuronal crest seluler dan sensorik saraf sebanding di antara populasi sel, menunjukkan bahwa kematangan neuronal sensorik tidak menentukan perkembangan COVID-19. Sebaliknya, sel positif asam ribonukleat SARS-CoV-2 menunjukkan penurunan ekspresi gen yang mengkode protein terkait metabolisme asam ribonukleat, termasuk nukleolin (NCL), protein pengikat FUS RNA (FUS), dan kasein di mana-mana nuklir dan kinase yang bergantung pada siklin substrat (NUCKS1). Neuron yang terinfeksi menunjukkan metabolisme RNA yang lebih rendah, yang mungkin menghambat translasi asam ribonukleat SARS-CoV-2.
Gen yang terkait dengan reseptor penciuman tidak menunjukkan peningkatan ekspresi dalam sel, menunjukkan bahwa sel saraf sensorik sistem penciuman tidak terinfeksi oleh SARS-CoV-2. Pada neuron sensorik, RNA untai negatif terdeteksi pada sel yang terinfeksi WA1/2020 dan sel yang terinfeksi Delta, yang mengindikasikan sintesis aktif asam ribonukleat SARS-CoV-2 pada neuron pasca infeksi WA1/2020. Dua hari pasca infeksi, jumlah SARS-CoV-2 infektif dalam media kultur sebanding dengan sel yang tidak mengekspresikan enzim pengonversi angiotensin 2 seperti neuron kortikal turunan iPS manusia, yang menunjukkan kurangnya perbanyakan virus dalam neuron sensorik manusia. asal in vitro.
Sebagai catatan, sementara gen N dan level open reading frame 1ab (Orf1ab) gene RNA adalah transkrip yang paling banyak, gen SARS-CoV-2 lainnya, seperti gen M (membran) dan S (spike), dapat dideteksi di sensorik. neuron. Temuan tersebut merupakan indikasi tropisme diferensial dan infektivitas galur WA1/2020, Delta VOC, dan Omicron VOC untuk neuron sensorik; Namun, mereka dapat menginfeksi neuron sensorik. Omicron meningkatkan regulasi ATR (ataxia telangiectasia dan Rad3 terkait), ekspresi BACE1 (beta-secretase 1) dan CALU (calumenin). WA1/2020 menekan gen-gen saraf seperti KCNMB2 (subfamili M regulator beta subunit 2 saluran yang diaktifkan kalsium kalium) dan CADM1 (molekul adhesi sel 1) di neuron. Delta menekan ekspresi gen faktor transkripsi saraf, termasuk MN1 (meningioma) dan KLF7 (faktor mirip Kruppel 7) di neuron.
Secara keseluruhan, temuan penelitian menunjukkan bahwa strain SARS-CoV-2 WA1/2020, Delta VOC, dan Omicron VOC dapat menginfeksi neuron tipe sensorik manusia. Namun, infeksi SARS-CoV-2 di neuron tidak produktif. Temuan ini mungkin bisa menjelaskan neuropati perifer yang diamati pada pasien COVID-19.
*Pemberitahuan Penting
bioRxiv menerbitkan laporan ilmiah pendahuluan yang tidak ditinjau sejawat dan, oleh karena itu, tidak boleh dianggap sebagai konklusif, memandu praktik klinis/perilaku yang berhubungan dengan kesehatan, atau diperlakukan sebagai informasi yang mapan.