همه‌گیری بیماری کروناویروس 2019 (COVID-19) منجر به مرگ بیش از شش میلیون نفر از تقریباً 500 میلیون مورد شده است – اگرچه ده‌ها میلیون نفر بدون شک بدون مدرک و تشخیص داده شده‌اند. عامل ایجاد کننده سندرم حاد تنفسی ویروس کرونا 2 (SARS-CoV-2) است که در دسامبر 2019 در ووهان و قبل از انتشار در تمام نقاط جهان ظاهر شد.
این ویروس به انواع مختلفی جهش یافته است که برخی از آنها بیماری زایی و/یا ویژگی های فرار ایمنی بیشتر دارند. یک پیش چاپ جدید سهم این جهش ها در بیماری زایی و انتقال ویروس را بررسی می کند.
مقدمه
SARS-CoV-2 دارای ژنوم اسید ریبونوکلئیک (RNA) است که از چارچوب‌های خواندن باز (ORFs) تشکیل شده است که پروتئین‌های کپی، پروتئین‌های ساختاری و پروتئین‌های جانبی را رمزگذاری می‌کنند. ژن replicase در انتهای 5′ توسط ORF1a/b قرار دارد و به دنبال آن چهار ژن ساختاری برای اجزای اسپایک، پوشش، غشاء و نوکلئوکپسید ویروس قرار دارد.
در بین این ژن ها، پروتئین های کمکی وجود دارند که برای هر خانواده ویروس منحصر به فرد هستند. اینها به یک طریق یا به روش دیگر در پاتوژنز COVID-19 نقش دارند. به عنوان مثال، مسیر سیگنال دهی اینترفرون پاسخ های ضد ویروسی و/یا التهابی را تحریک می کند.
با این حال، SARS-CoV-2 ORF3b این مسیر را مختل می کند، در حالی که ORF7a ژن تحریک شده با اینترفرون (ISG) BST2 را مسدود می کند. به طور مشابه، انتقال پروتئین STAT1 به هسته، که توسط بیان اینترفرون انجام می شود، که بیان ISG را تعدیل می کند، با ORF6 ویروسی مخالفت می کند.
انواع ویروس بیشتر از نظر جهش های سنبله مورد مطالعه قرار گرفته اند زیرا این پروتئین واسطه اتصال ویروسی و ورود به سلول های میزبان هدف است. سنبله از طریق گیرنده آنزیم مبدل آنژیوتانسین 2 (ACE2) با سلول میزبان تعامل می کند و آنتی ژن غالب ایمنی است. جهش این ژن در برخی موارد با فرار سیستم ایمنی همراه بوده است.
در پیش چاپ فعلی، منتشر شده در bioRxiv* سرور، محققان نقش پروتئین های جانبی را با استفاده از فناوری مونتاژ ژنومیک مصنوعی بررسی کردند. آنها بر روی حذف در ORF3a/b، ORF6، 7a/7b، و 8 در سویه اجدادی ویروس تمرکز کردند و ابتدا تأثیر بر تناسب همانندسازی را در شرایط آزمایشگاهی بررسی کردند. متعاقباً، آنها به چگونگی تأثیر این موارد بر پاتوژنز عفونت SARS-CoV-2 در مدل موش پرداختند.
آنها همچنین انواع پروتئین نوترکیب سنبله را بر روی ستون فقرات WA-1 ساختند. این گونه‌ها با انواع سنبله آلفا، بتا و گاما یکسان بودند و با پروتئین سنبله اجدادی برای تناسب اندام و پاتوژنز در موش مقایسه شدند.
مطالعه چه چیزی را نشان داد؟
دانشمندان دریافتند که حذف ژن های جانبی ORF3a و ORF3b (WA-1ΔORF3a/b) تناسب همانندسازی ویروس را در موش کاهش می دهد. موش های آلوده به ویروس حذف به اندازه گروه شاهد آلوده به سویه اجدادی (WA-1) وزن کم نکردند و بار ویروسی در بافت ریه در روزهای 2 و 4 بسیار کمتر بود. این تحقیقات قبلی در مورد این حذف را تأیید می کند.
با این حال، بر خلاف گزارش‌های قبلی از اثرات بالینی ضعیف شده با حذف ORF7a، ORF7b، و ORF8 در موش‌ها، هیچ تأثیری بر بار ویروسی در آزمایش‌های فعلی رخ نداد. این می تواند به دلیل تفاوت در دوز عفونی یا در سویه های مختلف موش باشد.
WA-1ΔORF3a/b همچنین منجر به بیان کمتر سیتوکین‌های التهابی و کموکاین‌ها نسبت به عفونت WA-1 شد، احتمالاً به دلیل سطوح پایین‌تر تکرار. اثرات پایین دست مشابه، همانطور که انتظار می رفت، در استخدام نوتروفیل مشاهده شد. تنظیم مثبت ژن‌های I14 و I15 باعث ایجاد پاسخ سلول کمکی نوع 2 T (Th2) می‌شود که در اشکال شدید کووید-19 دیده می‌شود.
این با فنوتیپ بالینی کمتر شدید WA-1ΔORF3a/b مطابقت ندارد. یک توضیح احتمالی برای تنظیم مثبت، به جای کاهش مورد انتظار، این سیتوکین ها می تواند ارتباط آنها با ترمیم بافت باشد، که به دلیل پاکسازی سریع ویروس زودتر در این موش ها اتفاق می افتد.
Adipoq یکی دیگر از ژن های تنظیم شده در این موش ها است و با آدیپونکتین، هورمونی که بافت ها را نسبت به فعالیت انسولین حساس می کند، مرتبط است. سطوح پایین آدیپونکتین با نارسایی شدید تنفسی در COVID-19 مرتبط است.
انواع سنبله وارد شده به ستون فقرات WA-1 هیچ تغییر قابل توجهی در تکثیر خود نداشتند، اما بار ویروسی، همانطور که با تیتر ویروسی در مایع رویی در 72 ساعت اندازه‌گیری شد، با نوع سنبله گاما در مقایسه با گاما کمتر بود. گونه.
هیچ تفاوتی در کاهش وزن، بار ویروس یا تیتر مغز برای دو نوع سنبله دیگر در WA-1، در مقایسه با انواع واقعی، در موش‌های K18-hACE2 یافت نشد. با این حال، در موش‌های BALB/c، سویه بتا spike-WA1 یک فنوتیپ ضعیف‌شده در مقایسه با نوع بتا تولید کرد، در حالی که با سویه آلفا spike-WA1، تیتر ویروس ریه در روز 2 بدون هیچ تفاوتی در کاهش وزن افزایش یافت.
در هر دو سویه موش، بیشترین تفاوت با نوع گاما spike-WA1 در مقابل نوع گاما مشاهده شد، که اولی فنوتیپ شدیدتری را از نظر کاهش وزن و تیتر ریه نسبت به نوع گاما نشان داد. در موش‌های K18-hACE2، گرایشی به سمت تیترهای ویروسی بالاتر در مغز و غلظت‌های بالاتر RNA وجود داشت که از اهمیت کمتری برخوردار بود.
سیتوکین‌های ریه و کموکاین‌ها نیز در روزهای 2 و 4 تفاوت‌هایی را نشان دادند، که دوباره در سویه گاما spike-WA1 در مقایسه با سویه گاما بسیار قابل‌توجه بود. ژن‌های جذب نوتروفیل بیشترین تأثیر را داشتند و CXCL5 بیشترین افزایش را در بیان نشان داد. جالب اینجاست که این ژن یک جاذب اصلی نوتروفیل در کووید-19 است و به عنوان عامل التهاب دخیل است.
ژن هایی مانند thpok و I15 کاهش یافتند. از آنجایی که اینها منجر به تمایز سلول‌های CD4+ T می‌شوند، این یافته ممکن است نشان دهد که ژن‌های غیر سنبله WA-1 این مسیر را مهار می‌کنند و این مهار با نوع گامای کامل از بین می‌رود.
مورد دوم همچنین از دست دادن آنتاگونیسم اینترفرون را نشان می‌دهد که با واسطه ژن‌های غیر سنبله انجام می‌شود، زیرا موش‌های آلوده به گاما سطوح گاما-اینترفرون بالاتری در ریه‌ها نسبت به موش‌های Gamma-spike-WA1 داشتند. این برخلاف تیترهای بالاتر ریه مشاهده شده در دومی است. با این حال، این تفاوت تا روز چهارم برطرف شد.
چه پیامدهایی دارد؟
“این کار نشان می دهد که ORF3a/b نقش مهمی در پاتوژنز و پاسخ میزبان به SARS-CoV-2 دارد.” بنابراین، به نظر می رسد جهش در پروتئین های جانبی گونه های ویروسی، و به ویژه ORF3a، در پاتوژنز COVID-19 با انواع مختلف کمک می کند. هر دو نوع بتا و گاما دارای جهش ORF3a بودند، و این جهش‌ها همچنان در انواع جدیدتر یافت می‌شوند، که نشان‌دهنده اهمیت آنها برای تناسب تکراری و قابلیت انتقال است.
“ما این داده‌ها را طوری تفسیر می‌کنیم که نشان می‌دهد جهش‌های خارج از سنبله ممکن است منجر به فنوتیپ‌های مهم عفونت و بیماری SARS-CoV-2 شود.” به عبارت دیگر، جهش های سنبله اغلب میل اتصال به ACE2 را افزایش می دهند و ورود ویروس به سلول ها و فرار سیستم ایمنی را افزایش می دهند. برعکس، جهش‌های جانبی شدت بالینی را کاهش می‌دهند و امکان تکثیر طولانی‌مدت و افزایش انتقال ویروس را فراهم می‌کنند.
با هم، این ممکن است تضمین کند که ویروس همچنان با تناسب همانندسازی، قابلیت انتقال و بیماری زایی بهتر به سازگاری خود ادامه می دهد.
*تذکر مهم
bioRxiv گزارش‌های علمی اولیه‌ای را منتشر می‌کند که توسط همتایان مورد بررسی قرار نمی‌گیرند و بنابراین، نباید به‌عنوان نتیجه‌گیری، راهنمای عمل بالینی/رفتار مرتبط با سلامتی در نظر گرفته شوند یا به عنوان اطلاعات ثابت تلقی شوند.