Назад
Понимание того, как начинается вирусная инфекция, может дать исследователям важные подсказки для разработки стратегий предотвращения передачи вируса и создания эффективных терапевтических средств и вакцин.
SARS-CoV-2 проникает в клетки хозяина через взаимодействие между белком шипа вируса и внеклеточным доменом связывания рецептора ACE2. Проникновение вируса в клетки завершается под действием различных протеаз, которые позволяют вирусной и клеточной мембранам слиться воедино. Хотя известно, что на ранней стадии инфекции нарушается работа верхних дыхательных путей, точные типы клеток, которые вирус поражает на самой ранней стадии, еще не определены.
Ученые из Центра сосудистых исследований Института фундаментальных наук (Южная Корея) недавно раскрыли процессы, вовлеченные в самые ранние стадии инфекции COVID-19. Группа добилась этого, сочетая иммунофлуоресцентное окрашивание (IFS) и РНК-секвенирование (scRNA-seq) единичных клеток, участвующих в процессе проникновения вируса. Благодаря этому исследователи определили точную мишень коронавируса на клеточном уровне, сравнив результаты испытуемых, инфицированных COVID-19, с результатами здорового контроля.
Сначала исследователи искали наличие ACE2, TMPRSS2 и FURIN, которые являются преобладающими молекулами, связанными с проникновением SARS-CoV-2, на поверхности различных типов клеток носового эпителия. Было обнаружено, что эти белки в большом количестве присутствуют на реснитчатых клетках. Более того, на апикальной (верхней) стороне этих клеток наблюдались более высокие уровни этих молекул по сравнению с базальной (нижней) стороной. Уровень этих белков был самым высоким в полностью дифференцированных мультицилиарных клетках. С другой стороны, белки входа вируса не были обнаружены в недифференцированных эпителиальных клетках или секреторных клетках, таких как бокаловидные клетки.
Далее исследователи продолжили изучение этих эпителиальных клеток слизистой носа с помощью scRNA-seq и визуализировали клетки в различные кластеры с помощью UMAP. Образцы были собраны у 4 пациентов в первый день диагностики COVID-19, которые сравнивались с 2 образцами от здоровых доноров. Было обнаружено, что доля мультицилиарных клеток была значительно снижена в образцах от инфицированных пациентов, в то время как наблюдалось увеличение секреторных клеток и дифференцирующихся клеток. Это указывало на то, что мультицилиарные клетки первыми подвергаются атаке и уничтожаются вирусом, а затем заменяются вторичными типами клеток.
В исследовании также измерялся уровень транскриптов мРНК SARS-CoV-2 в различных типах клеток. Среди всех эпителиальных клеток пациентов, инфицированных COVID-19, 38% клеток были помечены как клетки SARS-CoV-2hi. До 75% обнаруженных генов в этих клетках имели вирусное происхождение, по сравнению с менее чем 1% в других кластерах клеток. Это означает, что эти клетки служат основными фабриками для массового производства вирусов SARS-CoV-2. Хотя напрямую идентифицировать эти клетки с помощью RNA seq не удалось из-за того, что они в основном производят вирусную мРНК, исследователи использовали псевдо-временной траекторный анализ (pseudo-time-trajectory analysis), чтобы предсказать пути их дифференциации. Траектория дифференцировки показала, что клетки SARS-CoV-2hi, вероятно, произошли от реснитчатых клеток. Дальнейший анализ IFS образцов инфицированных пациентов окончательно определил, что до 85% фабрик SARS-CoV-2 на самом деле были мультицилиарными клетками.
Данное исследование позволило установить, что мультицилиарные клетки в носовом эпителии являются первыми клетками-мишенями при ранней инфекции COVID-19. Это означает, что воздействие на эти клетки с помощью специальных средств, например, назальных спреев, может стать идеальной стратегией для борьбы с инфекцией COVID-19 на ранних стадиях.
Ji Hoon Ahn et al. Назальные реснитчатые клетки являются первичными мишенями для репликации SARS-CoV-2 на ранней стадии COVID-19 (аннотация).
В ранний период COVID-19 верхние дыхательные пути оказываются под угрозой, но тропизм SARS-CoV-2 на клеточном уровне до конца не определен. В отличие от недавних анализов RNA-Seq, проведенных на уровне единичных клеток и свидетельствующих об одинаково низкой экспрессии мРНК молекул хозяина, связанных с входом SARS-CoV-2, во всех эпителиальных клетках носа, мы показываем, что уровень белков относительно высок, а их локализация ограничена апикальной стороной мультицилиарных эпителиальных клеток. Кроме того, у пациентов с COVID-19 мы приводим доказательства того, что SARS-CoV-2 массово обнаруживается и реплицируется внутри мультицилиарных клеток. Мы наблюдали эти результаты на ранней стадии COVID-19, когда инфицированные реснитчатые клетки быстро заменялись дифференцирующимися клетками-предшественниками. Более того, наши анализы показали, что клеточный тропизм SARS-CoV-2 был ограничен назальным реснитчатым эпителием по сравнению с ротовым сквамозным эпителием.
Эти результаты свидетельствуют о том, что воздействие на реснитчатые клетки носового эпителия на ранней стадии COVID-19 может быть идеальной стратегией для предотвращения распространения SARS-CoV-2.
