Homología ACE2 en laboratorio y animales salvajes


La pandemia de la enfermedad del coronavirus 2019 (COVID-19), causada por el síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2), ha demostrado ser una plaga mortal y de rápida propagación, con un recuento de muertes cercano a los tres millones hasta ahora. Un nuevo trabajo de investigación preimpreso publicado en el bioRxiv* servidor describe la conservación de un gen receptor importante para el virus entre varias especies animales que viven en estrecho contacto o proximidad con los seres humanos.

Estudio: El análisis de homología del gen ACE2 y su expresión distintiva en animales de laboratorio y salvajes.  Haber de imagen: Design_Cells / Shutterstock

El receptor ACE2

Este virus ingresa a las células huésped a través del receptor de la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE2) usando su proteína de pico. El virus muestra una gran similitud o casi identidad con coronavirus (CoVs) aislado de muchas otras especies. Esto ha llevado a la hipótesis de que probablemente se originó a partir de los CoV de los murciélagos y saltó la barrera de las especies para infectar a los humanos a través de un huésped intermedio aún desconocido.

El receptor ACE2 se informó por primera vez en 2000, con una secuencia de aproximadamente 800 aminoácidos. Se encuentra en varias especies animales y en múltiples tejidos animales, incluidos los intestinos delgado y grueso, los riñones, los testículos y el corazón. El pico viral se acopla al receptor a través de su dominio de unión al receptor (RBD).

El receptor ACE2 es parte del sistema cardiovascular y osmorregulador, que involucra la homeostasis de electrolitos y agua y la regulación de la presión arterial. El RBD viral se une al dominio de la peptidasa del receptor de diferentes animales, proporcionando un método importante para rastrear el origen de este virus.

Además, la identificación de diferencias estructurales y de secuencia en el ACE2 que se encuentran en diferentes animales puede afectar la susceptibilidad del huésped y la respuesta inmune al virus.

Objetivos del estudio

Por lo tanto, el estudio tuvo como objetivo descubrir la conservación de este gen en 11 especies animales, así como describir su expresión a nivel de ácido ribonucleico (ARN) o transcripción, y a nivel de síntesis de proteínas (traducción) en tres especies: murciélagos salvajes (Hipposideros pomona), ratones (Rattus norvegicus) y musaraña arbórea (Tupaia belangeri).

Los ratones y murciélagos salvajes se encuentran juntos en el hábitat del bosque cerca de PuEr y Kunming en China, lo que llevó a su uso en este estudio.

Conservación del gen ACE2

Los investigadores encontraron que los genes ACE2 se conservaban entre las 11 especies animales seleccionadas, a niveles entre el 85% entre ratones o murciélagos salvajes y humanos, y el 88% entre conejos salvajes y humanos, y el resto se encontraba dentro de este rango.

Filogenéticamente, la secuencia del gen ACE2 sugirió la agrupación de receptores de murciélagos silvestres y musarañas arbóreas cerca del receptor humano, mientras que los ratones silvestres, C57 y BALB / C formaron un grupo cercano por sí mismos. Los ratones salvajes y la rata Sprague-Dawley formaron otro grupo compacto. Los conejos estaban en un clado separado.

Diferencias en los residuos de ACE2 polares que se unen a RBD

Había 18 residuos en todas las especies de ACE2 que participan en la unión con el SARS-CoV-2 RBD. De estos, 14 eran polares y cuatro no polares. Nueve de ellos estaban muy conservados y pueden ser cruciales para la alta afinidad de unión con este virus.

No se conservaron cinco residuos, lo que puede tener un impacto aún más significativo en la afinidad de unión. Para todas las especies, las proteínas ACE2 tenían secuencias similares a las de los humanos, desde un 80% para el murciélago salvaje ACE2 hasta un 85% para el conejo ACE2.

Los 14 residuos polares clave formaron diferentes secuencias en la interfaz de unión en diferentes especies. La energía libre de unión de cada complejo proteína-virus-receptor y la estabilidad fueron

Distribución de ARNm de ACE2

El árbol filogenético mostró que el murciélago salvaje y la musaraña arbórea tenían la secuencia ACE2 más cercana a los humanos. Se agregaron ratones salvajes a este grupo, ya que se encontraron en la misma área que los murciélagos.

El ARN de varios tejidos mostró diferentes expresiones de ACE2 en cada tejido y en cada animal. El estómago de los murciélagos salvajes tenía altos niveles de ARNm de ACE2, seguido por el riñón, el hígado, el colon y el duodeno, la tráquea, el corazón y, finalmente, el bazo y el cerebro.

En la musaraña de árbol, el ARNm de ACE2 fue más alto en el colon y luego en el duodeno, con el riñón, el corazón, el estómago y la tráquea siguiendo estos órganos.

Con los ratones salvajes, los niveles más altos se encontraban en el estómago, luego en el duodeno y el colon, seguidos por el riñón, la tráquea, el corazón y los pulmones. Tanto en musarañas como en ratones salvajes, el cerebro, el hígado y el bazo tenían los niveles más bajos.

Distribución de la proteína ACE2

Se observaron niveles elevados de proteína ACE2 en el hígado de los murciélagos salvajes, así como en los riñones, el intestino grueso y delgado y el estómago, junto con la tráquea, lo que indica una mayor susceptibilidad a la infección por este virus.

En los ratones salvajes, los niveles más altos se encontraban en el riñón, el colon, el duodeno, el estómago y la tráquea, y los órganos más vulnerables eran el colon, el duodeno y el riñón.

¿Cuáles son las implicaciones?

Este estudio utilizó muestras reales de animales domésticos, salvajes y de laboratorio para explorar la conservación de este gen en diferentes especies animales, así como el nivel de expresión de esta proteína. Los resultados mostraron altos niveles de conservación de las secuencias de ACE2 en las especies de mamíferos probadas, congruentes con estudios anteriores.

Esto implica la existencia de múltiples huéspedes animales diferentes para el SARS-CoV-2.

La relación filogenética más cercana fue entre humanos, murciélagos salvajes y musarañas arborícolas. La musaraña de árbol se ha utilizado como un modelo animal útil de muchas infecciones virales diferentes, como el herpes simple, la influenza, el virus del Zika y el virus de la hepatitis C, y muestra potencial para ser un modelo para el SARS-CoV-2.

El estudio también muestra la longitud de las secuencias de aminoácidos no relacionadas con la presencia o secuencia de los 14 aminoácidos polares clave que forman la interfaz de unión en diferentes especies. La mayor similitud entre estos residuos fue con el hámster dorado.

De acuerdo con estos hallazgos, la expresión de ACE2 tanto a nivel de ARNm como de proteína muestra una especificidad tisular significativa, pero no son necesariamente consistentes entre sí. Será necesario realizar más estudios para comprender cómo se relacionan con la susceptibilidad de las especies al virus.

*Noticia importante

bioRxiv publica informes científicos preliminares que no son revisados ​​por pares y, por lo tanto, no deben considerarse concluyentes, guiar la práctica clínica / comportamiento relacionado con la salud o tratarse como información establecida.

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