İPSC'den türetilen tip 2 hücrelerde SARS-CoV-2 enfeksiyon modellemesi

Share

Tweet

Share

Share

Email

Comments

COVID-19 hastalığının en ölümcül şekli, doğrudan viral hasarın yanı sıra sitotoksik kimyasallar ve enflamatuar süreçlerin neden olduğu dolaylı zararlı etkilerden kaynaklanan akut solunum sıkıntısı sendromudur (ARDS). Haziran 2020'de baskı öncesi sunucusu bioRxiv * üzerinde yayınlanan yeni bir çalışma, bunun kısmen, ciddi akut solunum sendromu koronavirüs 2 (SARS-CoV-2) ile tip 2 alveolar hücrelerin enfeksiyonunun neden olduğu hızlı inflamasyon başlangıcından kaynaklandığını göstermektedir.

Solunum Enfeksiyonlarının İncelenmesi için Akciğer Hücresi Modelleri

İnsan akciğer dokusunun in vitro modellerle incelenmesi, solunum patojenlerinin bu hücreleri nasıl hedeflediğini anlamak için önemlidir, özellikle de solunum yolundaki birçok farklı epitel hücresinin konak hücre reseptörü, anjiyotensin dönüştürücü enzimi 2 ifade ettiği açıklığa kavuşmaktadır (2). ACE2), böylece canlı organizmalarda da görüldüğü gibi virüs ile enfeksiyona izin verir.

COVID-19'un akciğer fenotipi, akciğer epitelinin, özellikle tip 2 alveolar epitelyumun (AT2'ler) viral hedeflenmesi ile karakterizedir. Akciğer alveollerinin enfeksiyona nasıl tepki verdiği hakkında çok fazla şey bilinmemektedir, çünkü bu hücrelerin incelenmesi için elde edilmesi güçtür.

Çalışma: Erken COVID-19'un İn Vitro Modeli

Bu çalışma, indüklenmiş pluripotent kök hücrelerden (iAT2s) türetilen AT2'ler kullanılarak, alveolar akciğer epitelinin SARS-CoV-2 enfeksiyonunun erken evresinin in vitro bir insan modelinin bulgularını bildirmektedir. Hücre kültürleri, sadece AT2'lerde bulunan genlere özgü olduğu gibi, tek yönlü ve sağlam bir bariyer membranı olan bir hücre tek tabakalı olarak enfekte olmuş hücre tabakasının akciğerdeki sadık bir temsilini sağlamak üzere tasarlanmıştır.

Gen İfadesi ve Transkripsiyonunda Hızlı Derin Vardiya

Araştırmacılar, SARS-CoV-2 ile enfeksiyondan bir gün sonra, virüsün enfekte iAT2'lerde transkripsiyonda hızlı bir değişime neden olduğunu buldular. Enfeksiyondan sonraki ilk gündeki kontrollere kıyasla, enfekte hücrelerdeki farklı seviyelerde 4.500'den fazla gen eksprese edildi.

Bu fark, 1. günde enfekte olmuş hücreler, enfeksiyondan sonraki 4. gündekilerle karşılaştırıldığında 10.700'den fazla gende görülmüştür ve enfekte hücreler bir bütün olarak kontrollerle karşılaştırıldığında benzer sayıda gen farklı şekilde ifade edilmiştir.

Viral transkriptler, enfeksiyondan sonraki 1. günde tüm okumaların üçte birine kadar, her iki zaman noktasında en önemli sayıda farklı şekilde eksprese edilen geni oluşturdu. AT2'lere özgü genler, 1. günden 4. güne gittikçe artan şekilde regüle edilen en sık kaybedilenlerdir.

Aşamalı Artan Enflamasyon

Enfekte hücreler, her iki noktada ve gerçekten de enfeksiyonun tüm seyri boyunca TNF ve NFkB'nin aracılık ettiği gittikçe daha yüksek inflamasyon seviyeleri gösterdi.

Bu resimde, NF-kB tarafından genlerin aktivasyonuna yanıt olarak salınan sitokinler ile karakterize enflamasyon tutulur. Enfeksiyondan dört gün sonra, epitelyal interferon salınımı gecikmiş bir şekilde ve bu değişime eşlik eden olgun akciğer alveoler epitelinin hızlı bir şekilde ayırt edilmesinde ortaya çıkar.

Artan Sitotoksisite

Enfeksiyonun ilerlemesiyle, enfekte iAT2'ler, artan apoptoz ve strese bağlı sinyaller gibi toksik değişikliklerin belirtilerini gösterir. Bunlar dördüncü gün enfeksiyondan ve ölümle sonuçlanarak görüldü. Bunlar alveolar hücrelerin yenilenmesi için önemli olduğundan, bu çok önemli bir değişikliktir. Akciğer dokusu histolojisi, alveolar epitel ve hiyalin membran oluşumunda da aynı bölgesel yaralanma paternini gösterdi.

Aynı tipte bir hücre ile yakın zamanda geliştirilen camostat mesilat üzerinde yapılan ilaç testleri, TMPRSS2 proteazının inhibisyonunun, konakçı hücreye viral girişte önemli bir rol oynadığı hipotezini destekleyen etkili bir strateji olduğunu göstermiştir.

Çıkarımlar ve Uygulamalar

İAT2'lerin akut akciğer hasarının 2B modellerinde kullanılabilecek bir formda kullanılması önemli bir uyarlamadır, çünkü “ölçeklendirilebilen kendi kendini yenileyebilen bir hücre tipinin apikal viral solunum yolu enfeksiyonlarının düz ileri simülasyonlarına izin verir, neredeyse tükenmez bir şekilde ve son derece saf bir formda incelenerek, hücre-otonom veya “sadece epitelyal” patojenlere yanıtları simüle eder.

Olgunlaşma genlerinin tipik ifadesinden daha yüksek uyarlanmış iAT2'lere ulaşma yeteneği, çalışmanın enfeksiyonun gerçek yaşam hedefleri gibi hücreler üzerinde gerçekleştirildiğini göstermektedir. Yüzey aktif cismini paketleyen organeller olan lamellar cisimlerdeki viral partiküllerin gözlemlenmesi, bunun virüs için bir yer seçici olduğunu ve belki de onun tarafından bozulan bir olduğunu gösterebilir. Bu organel, sadece olgun AT2'lerde bulunur ve tipik olarak hücre kültürü deneyleri için kullanılan akciğer hücre hatlarında bulunmaz.

Bulgular, AT2'lerin SARS-CoV-2 enfeksiyonuna 24 saat içinde baskın olarak TNF-NFkB sinyal yollarından enflamatuar sinyallerle yanıt verdiğini göstermektedir. Bu, muhtemelen akciğerin bu enfeksiyona gerçek yaşam yanıtının bir yansıması olan yüzey aktif madde, sitotoksisite ve hücre ölümü kaybıyla sonuçlanır. Aynı bulgular akciğer otopsisinden elde edildi.

IFN tepkileri önceki yollarla karşılaştırıldığında önemli değildir, ancak virüs IFNλ ve IFNy ile tedaviye hızla yanıt verir. Bu, AT2'lerin ARDS'ye ilerlemeden önce enfeksiyonun daha hafif aşamalarında tedavi edilmesine izin verebilir. Dolayısıyla bu bulgu klinik olarak anlamlıdır. Ayrıca, gecikmiş IFN yanıtı SARS-CoV ve MERS-CoV ile enfekte olmuş hava yolu epitelinde yaygındır ve SARS'da hastalık şiddeti için risk faktörlerinden biridir.

Araştırmacılar şöyle özetliyor: “Model sistemimiz, önemli bir akciğer hedef hücresinin enfeksiyona hücre içsel tepkilerini ortaya koyuyor, daha fazla ilaç geliştirme için bir platform sağlıyor ve COVID-19 patogenezinin daha iyi anlaşılmasını kolaylaştırıyor.”

* Önemli Uyarı

bioRxiv hakemli olarak gözden geçirilmeyen ve bu nedenle kesin, klinik uygulama / sağlıkla ilgili davranışlar konusunda rehberlik edilmemesi veya yerleşik bilgi olarak ele alınmaması gereken ön bilimsel raporlar yayınlar.