Los organoides intestinales genéticamente modificados revelan posibles objetivos de tratamiento contra el SARS-CoV-2


Utilizando CRISPR / Cas9 y organoides intestinales humanos para estudiar genes implicados en la biología del coronavirus 2 (SARS-CoV-2), síndrome respiratorio agudo severo, investigadores de los Países Bajos identificaron una serina proteasa específica (TMPRSS2) como un atractivo objetivo terapéutico de pan-coronavirus . Sus emocionantes hallazgos están disponibles en un estudio actualmente disponible en el bioRxiv* servidor de preimpresión.

La pandemia actual de la enfermedad por coronavirus (COVID-19), causada por el SARS-CoV-2, ha puesto de manifiesto serias debilidades en nuestra preparación para los brotes y pandemias de coronavirus. Más específicamente, no existen antivirales de coronavirus efectivos aprobados para su uso en humanos, mientras que los ensayos de medicamentos COVID-19 a gran escala no lograron demostrar su eficacia, incluidos el remdesivir y la hidroxicloroquina.

Con respecto a este último, carecemos de una comprensión adecuada de la biología básica de coronavirus, como lo demuestra el efecto clínico decepcionante de la hidroxicloroquina en humanos. Nuestra necesidad inmediata debería ser la identificación rápida de los genes del huésped necesarios para la replicación viral, ya que solo esto nos permitirá generar intervenciones de tratamiento con mayor rapidez.

Los cribados genéticos se realizan habitualmente en líneas celulares transformadas que representan inadecuadamente las células diana virales. en vivo, lo que se traduce en descubrimientos que se quedan cortos en el proceso de traducción a la clínica. Además, pueden producirse diferencias sustanciales entre líneas celulares transformadas individuales.

Por el contrario, como los organoides intestinales se utilizan cada vez más para modelar enfermedades humanas (y también son susceptibles de ingeniería genética), un grupo de investigación dirigido por el Dr. Joep Beumer de la Real Academia de Artes y Ciencias de los Países Bajos y el Centro Médico Universitario en Utrecht, Países Bajos, decidió utilizarlos como modelos no transformados para evaluar genes implicados en la biología del coronavirus.

Descripción general del flujo de trabajo de generación de knockouts de genes.

Descripción general del flujo de trabajo de generación de knockouts de genes.

Un uso multifacético de organoides.

Con el fin de discernir qué factores del huésped se pueden usar como dianas terapéuticas anti-coronavirus genuinas, hemos generado organoides intestinales clonales mutantes para 19 genes del huésped que han sido previamente implicados en la biología de los coronavirus. Los organoides también se transfectaron para experimentos CRISPR-Cas9.

“Hemos optado por utilizar solo organoides intestinales, ya que actualmente no es posible diseñar genéticamente organoides de las vías respiratorias de manera eficiente debido al crecimiento clonal limitado de estas células”, dicen los autores del estudio. “Sin embargo, los organoides intestinales expresan la mayoría de los factores del huésped evaluados, incluidas las proteasas, a un nivel similar al de las vías respiratorias”, añaden.

Además, también han realizado la secuenciación de ARN de organoides nasales tridimensionales y organoides diferenciados de las vías respiratorias con interfaz aire-líquido bidimensional. Finalmente, para demostrar que la entrada viral ocurre a través de la membrana apical donde se encuentra el receptor viral principal, los investigadores han utilizado organoides intactos y alterados mecánicamente.

Proteasa de superficie celular TMPRSS2 clave para la replicación

En este estudio, los investigadores han confirmado que la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE2) representa el receptor de entrada obligada para el SARS-CoV-2 y el SARS-CoV, mientras que un glicoproteína la dipeptidil-peptidasa 4 (DPP4) es el receptor de entrada para MERS-CoV, lo que indica que los receptores accesorios pueden no desempeñar funciones cruciales para estos virus.

Es importante destacar que la replicación de SARS-CoV-2 en organoides intestinales no requirió el endosomal Catepsina Proteasas B / L pero característicamente dependían de la proteasa de superficie celular TMPRSS2. Sin embargo, se demostró que otros miembros de la familia TMPRSS no eran esenciales.

Además, la variante B.1.1.7 del Reino Unido del SARS-CoV-2 recién emergente, así como el SARS-CoV y el MERS-CoV originales, dependían de manera similar de TMPRSS2, lo que significa que esto básicamente representa un objetivo de pan-coronavirus. La replicación viral disminuyó significativamente en todos los organoides deficientes en TMPRSS2.

Modelo de receptores y proteasas de entrada del huésped implicados en la entrada de SARS-CoV-2.  Los factores del huésped esenciales y no esenciales basados ​​en los fenotipos en los mutantes IO están marcados

Modelo de receptores y proteasas de entrada del huésped implicados en la entrada de SARS-CoV-2. Los factores del huésped esenciales y no esenciales basados ​​en los fenotipos en los mutantes IO están marcados

Hacia la identificación de nuevos inhibidores coronavirales

Teniendo todo en cuenta, estos hallazgos implican que múltiples genes TMPRSS pueden mediar la entrada celular en el estado de sobreexpresión; sin embargo, a niveles fisiológicos en los organoides intestinales, está claro que solo TMPRSS2 juega un papel fundamental, allanando el camino para el desarrollo potencial de inhibidores de TMPRSS2 altamente específicos.

“La alta dependencia de TMPRSS-2 del SARS-CoV encontrada en este estudio indica que dichos inhibidores pueden ser efectivos contra futuras pandemias de coronavirus similares al SARS”, enfatizan los autores del estudio en este bioRxiv papel. “La observación de que los ratones nulos para TMPRSS2 no presentan un fenotipo visible implica que dichos inhibidores pueden ser bien tolerados”, añaden.

En conclusión, este estudio subraya la importancia de los modelos humanos no transformados para la investigación del coronavirus y reconoce al TMPRSS2 como una diana terapéutica muy atractiva en comparación con una plétora de otros genes (por ejemplo, NRP1, NDST1, catepsina L y / o catepsina B). Además, los virus emergentes futuros podrían identificarse rápidamente utilizando este biobanco de eliminación del factor huésped organoide intestinal para el rápido descubrimiento de nuevas terapias.

*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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