Studi mengungkapkan conserved dan divergent host respons terhadap infeksi dengan varian SARS-CoV-2 yang menjadi perhatian
Dalam sebuah penelitian baru-baru ini yang diposting ke preprint server bioRxiv*, tim peneliti menganalisis fenotipe dari severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) variants of concern (VOCs), respons molekuler terhadap infeksi dari VOC ini, dan interaksi inang virus yang berkembang menggunakan pendekatan genomik dan proteomik komparatif.
Latar belakang
Sejak awal pandemi penyakit coronavirus 2019 (COVID-19), beberapa VOC SARS-CoV-2 telah muncul, dimulai dengan garis keturunan Alpha (B.1.1.7), berlanjut melalui garis keturunan Beta, Delta, dan Gamma, hingga garis keturunan. varian Omicron terbaru. Sementara varian Beta dan Gamma tidak terlalu tersebar luas, garis keturunan Alpha, Delta, dan Omicron telah menunjukkan transmisibilitas yang tinggi. Analisis filogenetik telah menunjukkan bahwa VOC SARS-CoV-2 telah berevolusi secara independen dari wave one (W1) early-lineage viruses.
Sementara spike protein SARS-CoV-2 adalah wilayah yang paling banyak bermutasi di VOC, mutasi di wilayah lain, seperti protein nukleokapsid, amplop, dan membran, telah diketahui memengaruhi respons imun. Namun, mekanisme molekuler respons inang terhadap mutasi non-sinonim di daerah di luar spike protein sequence belum diperiksa secara komprehensif.
Tentang studi
Dalam penelitian ini, tim memeriksa perubahan dalam replikasi virus dan respons imun akibat mutasi pada VOC dengan membandingkan sel-sel air-liquid interface yang terinfeksi virus SARS-CoV-2 yang dikultur dengan sel human airway epithelial (HAE). Penelitian ini termasuk VOC Alpha, Beta, Delta, Gamma, dan Omicron dan dua isolat W1. Sel Calu-3 epitel paru yang terinfeksi digunakan untuk messenger ribonucleic acid (mRNA) sequencing (RNA-seq), phosphoproteomics, dan abundance proteomics menggunakan spektrometri massa.
Replikasi virus ditentukan dari tingkat RNA untai tunggal yang diukur dan intensitas kumulatif protein non-struktural. Selain itu, efek perubahan protein struktural pada produksi dan infektivitas virus diuji menggunakan partikel mirip virus SARS-CoV-2 yang mengandung genom reporter pengkode luciferase dan nukleokapsid, membran, spike, dan protein struktural amplop. Studi ini juga membandingkan fosforilasi protein virus di seluruh VOC untuk memeriksa regulasi aktivitas protein virus.
Tim melakukan analisis struktural dan urutan integratif dari mutasi yang dikatalogkan dalam database Global Initiative on Sharing Avian Influenza Data (GISAID) untuk memahami mutasi VOC adaptif. Semua protein dalam VOC yang bermutasi dibandingkan dengan strain asli Wuhan diperiksa menggunakan spektrometri massa pemurnian afinitas untuk menilai efek mutasi pada gen pengkode protein pada interaksi protein-protein antara virus dan inang.
Selanjutnya, pendekatan komputasi integratif digunakan untuk mengeksplorasi dampak infeksi VOC SARS-CoV-2 pada biologi seluler inang untuk memahami respons inang yang berbeda terhadap evolusi virus dan mengidentifikasi target untuk terapi antivirus pan-variant. Average host responses (AHR) digunakan untuk membandingkan VOC.
Data RNA-seq digunakan untuk memplot tanda tangan induksi gen pro-inflamasi terhadap gen yang distimulasi interferon untuk membandingkan imunomodulasi di seluruh VOC. Tingkat protein virus dan RNA dianalisis untuk mengeksplorasi hubungan antara ekspresi protein virus dan regulasi jalur inflamasi oleh VOC.
Hasil
Hasilnya menunjukkan bahwa mutasi di wilayah selain SARS-CoV-2 spike protein sequences dapat secara signifikan memengaruhi interaksi antara virus dan inang. Studi ini menemukan perbedaan spesifik VOC dalam tingkat ekspresi protein virus dan RNA, seperti nukleokapsid dan beberapa daerah Orf.
Investigasi interaksi protein-protein host-virus mengungkapkan bahwa regulasi jalur biologis di host dipertahankan dan berbeda untuk infeksi dengan VOC. Regulasi jalur translasi di inang sangat dilestarikan. Namun, modulasi respons inflamasi inang sangat bervariasi untuk VOC yang berbeda, dengan varian Alfa dan Beta menentang gen yang distimulasi interferon tetapi bukan varian Omicron.
Regulasi jalur seluler yang terkait dengan sitokin dan respons imun bawaan sangat berbeda di seluruh VOC, dan penulis percaya bahwa kemampuan untuk memodifikasi imunitas bawaan inang ini dapat menjelaskan penggantian berurutan varian dominan SARS-CoV-2.
Mutasi spike protein pada varian Omicron mengurangi ketergantungan masuknya virus pada protease serin, tetapi varian Omicron tidak seefektif varian Alpha dan Delta dalam menekan kekebalan bawaan inang. Namun, varian Omicron yang lebih baru, seperti BA.5 menunjukkan peningkatan ekspresi gen antagonis seperti Orf6, yang menunjukkan bahwa setelah mencapai pelepasan kekebalan, varian Omikron yang muncul berkembang di bawah tekanan selektif terkuat berikutnya untuk menekan respons imun bawaan inang. .
Kesimpulan
Secara keseluruhan, hasil menunjukkan bahwa mutasi di luar daerah spike protein secara signifikan mempengaruhi produksi dan transmisi virus. Selain itu, varian SARS-CoV-2 memiliki interaksi protein-protein yang berbeda dengan inang dan tingkat ekspresi protein yang berbeda, yang memungkinkan mereka untuk menghindari respons imun bawaan inang. Selain itu, penelitian ini mengungkapkan pemrosesan mRNA yang diatur serupa dan jalur translasi di seluruh VOC yang dapat ditargetkan untuk mengembangkan terapi anti-virus varian pan.
*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:
Mehdi Bouhaddou, Ann-Kathrin Reuschl, Benjamin J. Polacco, et al. (2022). Global landscape of the host response to SARS-CoV-2 variants reveals viral evolutionary trajectories. bioRxiv. doi: https://doi.org/10.1101/2022.10.19.512927 https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.10.19.512927v1
No comments