Penelitian menunjukkan bahwa ORF6 adalah major SARS-CoV-2 innate immune antagonist

Read Also

Dalam penelitian baru-baru ini yang diposting ke server bioRxiv*, para peneliti di Amerika Serikat menunjukkan bagaimana protein open reading frame 6 (ORF6) severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) berkontribusi terhadap patogenesis virus dan memodulasi host's immune response.

Latar belakang

Host's innate immune respons adalah garis pertahanan pertama melawan semua infeksi patogen. Beberapa penelitian telah menyoroti pentingnya respons interferon tipe I (IFN) dalam bertahan melawan infeksi SARS-CoV-2. Setiap kelainan bawaan yang mempengaruhi jalur IFN membuat seseorang rentan terhadap infeksi patogen yang mematikan, seperti penyakit coronavirus 2019 (COVID-19). Mungkin, inilah mengapa beberapa pasien COVID-19 yang sakit parah memiliki autoantibodi penetral terhadap IFN tipe I.

Sementara faktor penentu untuk hasil COVID-19 tidak dipahami sepenuhnya, ketidakmampuan untuk memasang respons IFN antivirus yang tepat waktu dan efektif mendorong kegigihan SARS-CoV-2 dan kerusakan jaringan, berkontribusi pada keparahan COVID-19. Selain itu, penelitian juga menunjukkan peran beberapa protein SARS-CoV-2 dalam menghambat aktivasi imunitas bawaan. Para peneliti dari penelitian ini, dengan demikian, berfokus pada SARS-CoV-2 ORF6, protein aksesori SARS-CoV-2.

Tentang studi

Dalam penelitian ini, para peneliti menggunakan metode biokimia dan molekuler, dikombinasikan dengan penelitian hewan in vivo, untuk membedah dampak antagonis imun bawaan ORF6 pada respons inang terhadap infeksi SARS-CoV-2. Selain itu, mereka secara fungsional mengkarakterisasi mutasi ORF6 D61L yang umum antara sub-varian Omicron BA.2 dan BA.4.

Tim pertama-tama mentransfeksi sel HEK293T dengan plasmid yang mengkode SARS-CoV-2 ORF6 dan vektor kosong. Selanjutnya, mereka memeriksa distribusi intraseluler tingkat bulk poly (A) RNA levels dengan fluorescence in situ hybridization (RNA-FISH). Ini membantu para peneliti mengevaluasi apakah interaksi ORF6-Nup98/Rae1 dapat berkontribusi pada penghambatan ekspor nuklir mRNA inang.

Lebih lanjut, para peneliti berhipotesis bahwa ORF6 dapat memodulasi ekspresi gen SARS-CoV-2. Jadi mereka pertama-tama menghitung perbedaan tingkat protein antara tipe liar rSARS-CoV-2 dan sel yang terinfeksi SARS-CoV-2 ORF6 rekombinan menggunakan proteomik kelimpahan global. Selanjutnya, mereka menyelidiki apakah ORF6 memodulasi ekspresi protein ini pada tingkat transkripsi atau pasca-transkripsi.

Untuk studi in vivo, tim tersebut menginfeksi hamster betina berusia delapan minggu dengan 5x10⁵ plaque-forming units (PFU) baik dari induk rSARS-CoV-2 WT atau virus yang kekurangan ORF6. Mereka mencatat penurunan berat badan pada semua hewan dari hari infeksi hingga 15 days post-infection (dpi). Kemudian hewan tersebut dikorbankan pada 2, 4, dan 6 dpi untuk diambil paru-paru dan turbinat hidung untuk menentukan titer virus dan evaluasi histopatologi.

Temuan studi

ORF6 secara langsung berinteraksi dengan nucleoporin 98 (Nup98)-ribonucleic acid export 1 (Rae1) complex di pori nuklir, mengganggu perdagangan nukleo-sitoplasma dua arah dalam dua cara berbeda. Metode pertama melibatkan penghambatan selektif jalur impor nuklir yang dimediasi karyopherin, termasuk signal transducers and activators of transcription (STAT) 1 dan STAT2 oleh ORF6. Selain itu, mencegah translokasi nuclear factor kappa B (NF-kB) p65. Metode kedua melibatkan modulasi host cell messenger ribonucleic acid (mRNA) export, di mana ORF6 memfasilitasi terjemahan preferensial transkrip virus SARS-CoV-2 dan mencegah respons antivirus inang.

Residu D61 di ORF terletak dekat dengan residu M58 di C-terminal tail (CTT) dari protein yang secara langsung berikatan dengan kantong pengikat RNA dari kompleks Nup98-Rae1. Mutasi ini, yang dimiliki oleh varian Omicron BA.2 dan BA.4, memengaruhi kemampuan ORF6 untuk memblokir ekspor mRNA inang. Fenomena ini memiliki implikasi penting untuk penularan dan patogenisitas SARS-CoV-2. Lebih lanjut, penulis mencatat bahwa SARS-CoV-2 non-structural protein 1 (NSP1) menghambat ekspor mRNA inang. Pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana ORF6 dan NSP1 saling melengkapi secara fungsional selama infeksi SARS-CoV-2 akan sangat penting untuk mengungkap mekanisme molekuler yang mengatur antagonisme imun bawaan dari protein virus ini.

Mengenai efek in vivo dari ORF6, penulis mencatat bahwa hamster yang terinfeksi dengan pseudovirus SARS-CoV-2 yang dihapus ORF6 mengalami penurunan berat badan yang minimal dan mengurangi cedera paru-paru dan hiperplasia sel type 2 alveolar (AT2). Temuan ini menunjukkan peningkatan translokasi STAT1 dan interferon-stimulating genes (ISG) di paru-paru.

Anehnya, ini tidak secara nyata mengurangi replikasi SARS-CoV-2 di saluran pernapasan hamster yang terinfeksi. Satu penjelasan adalah bahwa model eksperimental ini tidak dapat mendeteksi dampak in vivo ORF6 pada replikasi SARS-CoV-2, yang secara inheren tidak kentara. Mungkin juga karena sirkulasi dan transmisi varian Omicron BA.2 dan BA.4 yang mengandung polimorfisme ORF6 yang merusak pada manusia.

Hasil penelitian juga mengungkap peran ORF6 yang sebelumnya tidak teramati dalam modulasi ekspresi protein SARS-CoV-2. Para peneliti mengamati bahwa ekspresi beberapa protein SARS-CoV-2 yang diturunkan dari RNA ORF1 dan subgenomik diubah dalam sel yang terinfeksi pseudovirus SARS-CoV-2 yang kekurangan ORF6 untuk mendukung ekspresi gen virus struktural dan aksesori.

Kesimpulan

Hasil penelitian mengidentifikasi ORF6 sebagai kunci antagonis imun bawaan SARS-CoV-2. Mutasi hilangnya fungsi ORF6 secara nyata melemahkan respons antivirus inang terhadap SARS-CoV-2 in vitro dan in vivo dalam model hamster. Lebih lanjut, penelitian ini menyoroti pentingnya pengawasan genomik dan analisis varian untuk memahami mekanisme yang mendasari strategi penghindaran kekebalan SARS-CoV-2.

*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:

Impact of SARS-CoV-2 ORF6 and its variant polymorphisms on host responses and viral pathogenesis, Thomas Kehrer, Anastasija Cupic, Chengjin Ye, Soner Yildiz, Mehdi Bouhhadou, Nicholas A. Crossland, Erika Barrall, Philip Cohen, Anna Tseng, Tolga Çağatay, Raveen Rathnasinghe, Daniel Flores, Sonia Jangra, Fahmida Alam, Nacho Mena, Sadaf Aslam, Anjali Saqi, Arturo Marin, Magdalena Rutkowska, Manisha R. Ummadi, Giuseppe Pisanelli, R. Blake Richardson, Ethan C. Veit, Jacqueline M.A. Fabius, Margaret Soucheray, Benjamin J. Polacco, Matthew J. Evans, Danielle L. Swaney, Ana S. Gonzalez-Reiche, Emilia M. Sordillo, Harm van Bakel, Viviana Simon, Lorena Zuliani-Alvarez, Beatriz M. A. Fontoura, Brad R. Rosenberg, Nevan J. Krogan, Luis Martinez-Sobrido, Adolfo García-Sastre, Lisa Miorin, bioRxiv pre-print 2022, DOI: https://doi.org/10.1101/2022.10.18.512708, https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.10.18.512708v1