Las proteínas del SARS-CoV-2 son potentes supresores de la inmunidad innata


La mayoría de los virus patógenos, como el agente causante de la actual pandemia de la enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19), el síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2), afectan la biología humana normal para cooptar el metabolismo celular y replicarse con éxito. . Una vía clave es la supresión de la inmunidad innata del huésped.

Un nuevo artículo sobre la preimpresión bioRxiv* server describe la fuerte actividad inmunosupresora de los genes del SARS-CoV-2, entre otros genes del coronavirus.

Estudio: la detección de alto contenido de genes de coronavirus para la inmunosupresión innata revela una potencia mejorada de las proteínas del SARS-CoV-2.  Crédito de la imagen: NIAID / Flickr

Respuesta inmune innata

Fue el microbiólogo Hans-Heinrich Hoffman quien llamó por primera vez a la interacción entre el sistema inmunológico innato y el virus del huésped una “carrera de armamentos moleculares”, con cada lado decidido a ganar el dominio.

Muchos investigadores han sugerido que la capacidad de un virus para causar una enfermedad podría ser proporcional a su capacidad para inhibir el sistema de alerta temprana del huésped, el sistema inmunológico innato. De esta manera, podría alcanzar altas cargas virales antes de que se activen las respuestas inmunitarias efectivas.

Esta información también podría proporcionar pistas sobre la posibilidad de que un virus provoque una pandemia. En el escenario actual del brote, se descubrió que el virus es capaz de causar una pandemia según las observaciones epidemiológicas de su propagación y las características de la infección, durante más de un mes después de su secuenciación inicial.

Debería ser posible evaluar rápidamente un virus nuevo por su potencial pandémico basándose únicamente en la secuencia, comparándolo con el de otros miembros de la misma familia con patogenicidad conocida. Entonces se convierte en una mera cuestión de medir qué tan activos son sus genes, cómo es probable que funcionen sus vías genéticas y la probabilidad resultante de causar la enfermedad del nuevo virus.

Proteínas virales e inhibición de la inmunidad innata

El estudio actual tuvo como objetivo desarrollar un conjunto de ensayos basados ​​en células de “alto contenido” que puedan determinar qué tan capaz es una proteína viral de inhibir la inmunidad innata del huésped. Estos pueden usarse en un virus nuevo rápidamente para evaluar el potencial pandémico.

Tales ensayos de cribado se han utilizado para identificar fármacos capaces de alterar las vías celulares o los estados operativos sin saber qué proteínas se ven afectadas.

El esfuerzo actual hace uso de ambas pantallas basadas en objetivos para ayudar a comprender el mecanismo de inhibición de los componentes de la inmunidad innata por genes virales individuales. Otro cribado es independiente del mecanismo, pero examina la capacidad general de un gen viral para facilitar la replicación viral inhibiendo la respuesta inmune.

Los síntomas similares a los de la gripe de las infecciones virales, en general, se deben a la liberación de interferones de tipo I (IFN), como lo demuestra la aparición de dichos síntomas en aquellos tratados con IFN por hepatitis o esclerosis múltiple. Sin embargo, el SARS-CoV-2 es capaz de infectar a los humanos y replicarse para producir viriones que luego pueden propagarse a otros humanos sin síntomas.

Patrón de respuesta inmune innata antiviral

Por lo general, la presencia de ácidos nucleicos virales en el citoplasma desencadena el reconocimiento por los receptores de reconocimiento de patrones (PRR), que inicia las vías de señalización que conducen al cambio del Factor de respuesta al interferón 3 (IRF-3) y el Factor nuclear κB (NFκB) al núcleo.

Estos dos factores de transcripción deben activarse juntos para desarrollar una respuesta antiviral. Su activación en el núcleo conduce a la expresión de IFN tipo I junto con la de otras citocinas que alertan a las células vecinas del ataque viral, desencadenan la inmunidad adaptativa y reclutan células inmunes especializadas.

Los receptores de IFN de tipo I activan sus receptores en las células circundantes para conducir a la translocación de los factores de transcripción del transductor de señal y activador de la transcripción (STAT), lo que hace sonar una alarma general contra la invasión.

Los genes coronavirales inhiben factores clave de transcripción

Los investigadores encontraron que muchos genes de coronavirus diferentes inhibían la translocación de IRF-3 y / o NFkB al núcleo. El efecto más fuerte se encontró con NSP1, NSP3, NSP5 y Orf7a, pero menos con NSP4, NSP10, NSP12, Env y CaORF15.

De estos, no se ha descrito previamente que CaORF15 y NSP9 tengan tal actividad.

CaORF15 es una supuesta proteína nueva del SARS-CoV-2 codificada dentro de un marco de lectura alternativo dentro de la secuencia de picos. No se encuentra en el SARS-CoV, pero se ha detectado en el coronavirus de murciélago RaTG13, muy estrechamente relacionado.

De hecho, esta secuencia comparte un 98% de identidad con su homólogo en el último virus, en comparación con el 93% de la secuencia de picos en general. Esta proteína inhibe la translocación de IRF-3 al núcleo, especialmente a través de la vía celular STING.

Todas las proteínas coronavirales NSP5 probadas aquí inhibieron IRF-3. Tanto IRF-3 como NFkB fueron suprimidos por varios genes NSP10 y NSP12 diferentes, aunque solo modestamente.

Sin embargo, la vía STAT1 no se vio afectada en su mayoría, excepto por NSP1 y ORF6. Se ha informado que estos dos genes inhiben la traducción a través de diferentes mecanismos.

Los genes del SARS-CoV-2 muestran una inmunosupresión innata más fuerte

Los genes del SARS-CoV-2 produjeron una supresión de estos factores de transcripción mucho más potente que el efecto medio producido por los genes de los otros virus. Esto se debe no solo al hecho de que este virus tiene más ORF C-terminales, sino también a que estos ORF tienen efectos intrínsecamente más fuertes en comparación con los genes correspondientes del SARS-CoV.

Estos genes no tienen homólogos en el otro coronavirus. Por tanto, el SARS-CoV-2 está asociado con la supresión más fuerte de la respuesta inmune innata activada por el IFN tipo I.

Además, este virus contiene NSP1, un potente inhibidor de la expresión génica activada por NFkB.

SARS-CoV-2 NSP1 inhibe fuertemente la activación de TNF-alfa de un gen informador NFkB.  A. Un informador de NFkB fluorescente que consiste en una repetición 5x de la secuencia consenso de NFkB (NFkB RE) corriente arriba de un promotor mínimo de CMV (mCMV), y un mScarlet nuclear localizado optimizado para codones humanos (mScarlet-NLS) fusionado a una degradación de hPEST se construyó la etiqueta (hPEST) y se integró de forma estable en las células HEK293.  Se cotransfectaron células informadoras HEK293T con plásmidos de expresión que codifican GFP y un gen del virus;  48 horas después, 5 ng / ml de TNF-?  está agregado;  y 5 horas después, se cuantificó la fluorescencia roja y verde.  B. Las células HEK293T transducidas de forma estable con el informador respondieron al TNF-? Humano  por expresión de mScarlet.  C. Análisis de citometría de flujo de células transfectadas tratadas con TNF  alpha.  Los cuadrantes superiores son células transfectadas.  El cuadrante superior derecho representa células doble positivas que se transfectan y también expresan el transgén inducible.  La fracción activada se calculó como la proporción de células dobles positivas a todas las células positivas para GFP.  D. Células informadoras HEK293T se cotransfectaron con GFP y vectores de expresión de NSP1 sin gen o sin gen o SARS-CoV-2, seguidos de TNF-?  estimulación e imagen de fluorescencia roja y verde.  Los polígonos verdes resaltan poblaciones idénticas de células en ambas imágenes para realizar comparaciones representativas.  E. Fracciones activadas comparadas entre NSP1 de varios coronavirus.  Las barras de error representan la desviación estándar de al menos tres réplicas técnicas.

SARS-CoV-2 NSP1 inhibe fuertemente la activación de TNF-alfa de un gen informador NFkB. A. Un informador de NFkB fluorescente que consiste en una repetición 5x de la secuencia consenso de NFkB (NFkB RE) corriente arriba de un promotor mínimo de CMV (mCMV), y un mScarlet nuclear localizado optimizado para codones humanos (mScarlet-NLS) fusionado a una degradación de hPEST se construyó la etiqueta (hPEST) y se integró de forma estable en las células HEK293. Se cotransfectaron células informadoras HEK293T con plásmidos de expresión que codifican GFP y un gen del virus; 48 horas después, 5 ng / ml de TNF-? está agregado; y 5 horas después, se cuantificó la fluorescencia roja y verde. B. Las células HEK293T transducidas de forma estable con el informador respondieron al TNF-? Humano por expresión de mScarlet. C. Análisis de citometría de flujo de células transfectadas tratadas con TNF alpha. Los cuadrantes superiores son células transfectadas. El cuadrante superior derecho representa células doble positivas que se transfectan y también expresan el transgén inducible. La fracción activada se calculó como la proporción de células dobles positivas a todas las células positivas para GFP. D. Células informadoras HEK293T se cotransfectaron con GFP y vectores de expresión de NSP1 sin gen o sin gen o SARS-CoV-2, seguidos de TNF-? estimulación e imagen de fluorescencia roja y verde. Los polígonos verdes resaltan poblaciones idénticas de células en ambas imágenes para realizar comparaciones representativas. E. Fracciones activadas comparadas entre NSP1 de varios coronavirus. Las barras de error representan la desviación estándar de al menos tres réplicas técnicas.

¿Cuáles son las implicaciones?

Este estudio muestra la utilidad de un ensayo basado en células para reflejar el grado de replicación viral en respuesta a la inmunosupresión.

En general, las proteínas del SARS-CoV-2 son fuertemente supresoras de la respuesta inmune innata en comparación con el promedio de todos los genes de coronavirus juntos, según los siguientes efectos: localización nuclear de IRF-3 y NFkB, inhibición de NSP1 de la expresión génica mediada por NFkB, y efectos en el ensayo de fusión de células de levadura.

En este último, solo la presencia de inmunosupresión innata activa produce virus activo. Por lo tanto, la recuperación del virus indica la presencia de tales proteínas virales, en general, pero si la inhibición del hospedador es muy poderosa, es posible que el virus no pueda replicarse en absoluto. Este parece ser el caso del SARS-CoV-2 NSP1.

Es importante destacar que la presencia del gen CaORF15 dentro de la secuencia del pico significa que es parte de muchas vacunas basadas en el pico de tipo salvaje y, como tal, puede dificultar la generación de inmunidad en respuesta a la vacuna. Este no es el caso de la vacuna Pfizer / BioNTech, que tiene una modificación dentro de esta región.

Es más probable que la supresión de las respuestas inmunitarias innatas esté alineada con la propagación asintomática en lugar de una mayor gravedad de la enfermedad.

Este conjunto de ensayos basados ​​en vías y agnósticos de mecanismos podría servir como base para una rápida predicción in vitro de la patogenicidad de nuevos virus basándose únicamente en la provisión de información de secuencia “.

*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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