Strategi pengobatan SARS-CoV-2 yang diturunkan dari model human pluripotent stem cell

Read Also

Dalam sebuah penelitian baru-baru ini yang diposting ke preprint serve bioRxiv*, para peneliti di Australia mengeksplorasi mekanisme molekuler komplikasi paru dan jantung yang disebabkan oleh severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) menggunakan human stem-cell- yang diturunkan dari jantung dan sel paru-paru.

Latar belakang

Meskipun penyakit coronavirus 2019 (COVID-19) terutama memengaruhi sistem pernapasan dan paru-paru, manifestasi COVID-19 yang parah juga memengaruhi sistem kardiovaskular, pencernaan, ginjal, dan saraf.

Magnetic resonance imaging (MRI) dan elektrokardiograf (EKG) telah mendeteksi komplikasi jantung seperti cedera miokard, aritmia, dan tromboemboli pada sejumlah besar pasien COVID-19 yang pulih. Selain itu, otopsi juga mendeteksi antigen protein spike (S) dan RNA SARS-CoV-2 di jaringan jantung pasien yang meninggal karena COVID-19.

Protein SARS-CoV-2 S memulai infeksi dengan mengikat reseptor angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) pada permukaan sel inang. Protease sel inang seperti furin membelah protein S menjadi dua subunit – S1 dan S2. Fusi berikutnya dari virus dan membran sel inang membutuhkan pembelahan S1 dari S2 oleh protease serin atau cathepsin. Tropisme jaringan virus ditentukan oleh ekspresi ACE2 dan protease serin, atau ACE2 dan cathepsin, yang berbeda pada sistem pernapasan, paru, jantung, ginjal, dan pencernaan.

Tentang studi

Penelitian ini menggunakan human pluripotent stem cells (hPSCs) untuk menghasilkan sel paru dan jantung fungsional. Kultur jantung yang diturunkan dari sel induk dan sel epitel paru alveolar type II (AT2) dapat terinfeksi SARS-CoV-2. Sel Vero atau sel epitel ginjal monyet hijau Afrika, yang banyak digunakan dalam penelitian COVID-19, juga digunakan dalam penelitian ini untuk perbandingan.

Sel-sel ini digunakan dalam percobaan berpasangan untuk menentukan persamaan dan perbedaan mekanisme dan faktor yang mempengaruhi manifestasi COVID-19 di paru-paru dan jantung.

Tim menggunakan clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) associated protein 9 (Cas9) dari reseptor ACE2 untuk memahami pentingnya dalam infeksi SARS-CoV-2. Selain itu, inhibitor molekul kecil digunakan untuk menguji mekanisme masuknya virus yang berbeda. Mereka juga menggunakan fosfoproteomik dan profil transkriptom untuk memahami perbedaan respons seluler selama infeksi SARS-CoV-2.

Hasil studi

Temuan signifikan penelitian menunjukkan bahwa sementara ketiga jenis sel bergantung pada keberadaan reseptor ACE2, pemrosesan hilir protein S virus berada di jalur yang berbeda. Sebagai contoh, pada sel AT2 paru, pembelahan protein S dilakukan oleh protease serin TMPRSS2 pada membran sel inang, sedangkan masuknya virus ke dalam sel jantung melalui jalur endosom melalui pembelahan subunit S1 dan S2 yang diperantarai cathepsin.

Tes penghambatan masuk menggunakan penghambat TMPRSS2 Camostat mesylate mencegah infeksi SARS-CoV-2 pada sel AT2 paru-paru, menyoroti peran protease serin dalam entri virus dalam sel paru-paru. Tes serupa dengan CA-074 Me, inhibitor Cathepsin B dan L, memblokir masuknya virus ke dalam sel jantung.

Infeksi SARS-CoV-2 yang dibatalkan pada sel paru-paru dan jantung ACE2 KO menunjukkan bahwa reseptor ACE2 sangat penting untuk infeksi virus. Namun, menggunakan kombinasi antibodi anti-ACE2 memblokir infeksi SARS-CoV-2 di paru-paru dan jaringan jantung, tetapi antibodi anti-ACE2 dosis rendah mencegah infeksi virus hanya di sel jantung. Hasil ini, dikombinasikan dengan sekuensing ribonucleic acid (RNA) sequencing dan analisis quantitative polymerase chain reaction (qPCR), menunjukkan bahwa sel AT2 paru memiliki ekspresi reseptor ACE2 yang lebih tinggi daripada sel jantung.

Selanjutnya, infeksi virus menghasilkan respons interferon yang kuat pada sel jantung tetapi tidak pada sel AT2 paru. Hasil dari analisis fosfoproteomik juga menunjukkan bahwa infeksi mengaktifkan jalur yang berbeda pada AT2 paru dan sel jantung.

Kesimpulan

Secara keseluruhan, hasilnya mengungkapkan perbedaan yang signifikan dalam mekanisme infeksi SARS-CoV-2 pada sel dan jaringan jantung dan paru-paru. Sementara masuknya virus dimulai di kedua sel dengan pengikatan reseptor ACE2, jalur infeksi virus selanjutnya sangat berbeda dengan protein lonjakan yang menjalani pembelahan protease serin di sel AT2 paru-paru dan pembelahan cathepsin endosom di sel jantung.

Para penulis percaya bahwa pembelahan protein lonjakan diferensial dan varians dalam ekspresi reseptor ACE2 di kedua sel ini menunjukkan perlunya terapi antivirus yang lebih baik dan dimasukkannya kombinasi obat untuk menargetkan jalur masuk virus baik endosomal maupun membran. Mereka menyarankan penggunaan obat yang menargetkan serine/arginine-rich splicing factor protein kinase-1 (SRPK1) dan cyclin-dependent kinases (CDK).

Studi ini juga menyoroti pentingnya menggunakan model sel yang diturunkan dari sel punca selain garis sel yang diabadikan seperti sel Vero untuk menguji kemanjuran antivirus dan sitotoksisitas terapi COVID-19.

*Pemberitahuan Penting

bioRxiv menerbitkan laporan ilmiah awal yang tidak ditinjau oleh rekan sejawat dan, oleh karena itu, tidak boleh dianggap sebagai konklusif, memandu praktik klinis/perilaku yang berhubungan dengan kesehatan, atau diperlakukan sebagai informasi yang mapan.

Journal reference:

Parallel use of pluripotent human stem cell lung and heart models provide new insights for treatment of SARS-CoV-2: Rajeev Rudraraju, Matthew J Gartner, Jessica A Neil, Elizabeth S Stout, Joseph Chen, Elise J Needham, Michael See, Charley Mackenzie-Kludas, Leo Yi Yang, Mingyang Wang, Hayley Pointer, Kathy Karavendzas, Dad Abu-Bonsrah, Damien Drew, Yu Bo Yang Sun, Jia Ping Tan, Guizhi Sun, Abbas Salavaty, Natalie Charitakis, Hieu T Nim, Peter D Currie, Wai-Hong Tham, Enzo Porrello, Jose Polo, Sean J Humphrey, Mirana Ramialison, David A Elliott, and Kanta Subbarao. bioRxiv. 2022. DOI: https://doi.org/10.1101/2022.09.20.508614, https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.09.20.508614v1