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Les scientifiques recensent les objectifs thérapeutiques neufs pour SARS-CoV-2

Pour recenser les objectifs thérapeutiques potentiels neufs pour SARS-CoV-2, une équipe des scientifiques au centre de génome de New York, l'université de New York, et l'École de Médecine d'Icahn au mont Sinaï, ont exécuté une génome-écaille, écran du perte-de-fonctionnement CRISPR systématiquement au coup de grâce tous les gènes dans le génome humain. L'équipe a examiné quelles modifications génétiques ont rendu les cellules humaines de poumon plus résistantes à l'infection SARS-CoV-2.

Leurs découvertes ont indiqué différents gènes et réseaux de réglementation de gène dans le génome humain qui sont exigés par SARS-CoV-2 et qui s'entretiennent résistance au viral infection une fois supprimés. L'étude collaborative a décrit une grande sélection de gènes qui n'ont pas été précédemment considérés en tant qu'objectifs thérapeutiques pour SARS-CoV-2. Leur étude était publiée en ligne par la cellule le 24 octobre.

Afin de comprendre mieux les relations complexes entre l'hôte et les dépendances génétiques de virus, l'équipe avait l'habitude une large gamme d'analytique et de méthodes expérimentales pour valider leurs résultats. Cette approche intégratrice a compris la retouche de génome, l'ordonnancement unicellulaire, la représentation confocale, et les analyses de calcul de l'expression du gène et des ensembles de données proteomic.

Les chercheurs ont constaté que ces objectifs neufs de gène, une fois inhibés utilisant les petites molécules (médicaments), la charge virale sensiblement réduite, et avec des quelques médicaments, le fois jusqu'à 1.000. Leurs découvertes offrent l'analyse dans les traitements nouveaux qui peuvent être efficaces dans le traitement de COVID-19 et indiquent les cibles moléculaires fondamentales de ces traitements.

« Voyant le choc tragique de COVID-19 ici à New York et en travers du monde, nous avons estimé que nous pourrions utiliser les outils de retouche de gène du haut-débit CRISPR que nous nous sommes appliqués à d'autres maladies pour comprendre ce qui sont les gènes humains principaux exigés par le virus SARS-CoV-2, » avons dit l'auteur du Co-sénior de l'étude, M. Neville Sanjana, membre de la faculté de faisceau au centre de génome de New York, professeur adjoint de biologie, université de New York, et professeur adjoint de la neurologie et de la physiologie à l'École de Médecine de NYU Grossman.

Précédemment, M. Sanjana a appliqué les écrans de la taille du génome de CRISPR pour recenser les gestionnaires génétiques des diverses maladies, y compris la résistance au médicament dans le mélanome, l'échec d'immunothérapie, la métastase de cancer de poumon, l'immunité innée, les troubles métaboliques congénitaux, et la dystrophie musculaire.

Pour ce projet, la retouche de génome était seulement moitié de l'équation. « Nous avons précédemment développé une suite de modèles de cellule humaine pour l'infection de coronavirus dans notre travail pour comprendre des réactions immunitaires au virus. Il était grand de s'associer au groupe de Neville pour comprendre et largement des gènes d'hôte de profil d'une cornière neuve, » a dit le tenOever de M. Benjamin d'auteur de Co-sénior, le professeur de médecine de Fishberg, le chercheur d'Icahn et le professeur de la microbiologie, École de Médecine d'Icahn au mont Sinaï.

Les batteries de gènes aboutissent la voie

L'équipe a découvert que les gènes de premier rang -- ceux dont la perte réduit le viral infection considérablement -- groupé dans une poignée de composés de protéine, y compris les atpases, le Retromer vacuolaires, commandant, Arp2/3, et PI3K. Plusieurs de ces composés de protéine sont impliqués dans les protéines de trafic à et de la membrane cellulaire.

Nous étions très heureux de voir les familles multigéniques dans la même famille que des coups de premier rang dans notre écran de la taille du génome. Ceci nous a donné un niveau élevé de confiance qui ces familles de protéines étaient essentielles au cycle de vie de virus, pour entrer dans les cellules humaines ou la réplication virale couronnée de succès. »

M. Zharko Daniloski, auteur d'étude Co-Premiers et boursier post-doctoral, laboratoire de Sanjana, centre de génome de New York

Tandis que les chercheurs exécutaient l'écran de CRISPR utilisant les cellules humaines de poumon, l'équipe l'a également exploré si l'expression des gènes exigés d'hôte était poumon-détail ou plus grand exprimé.

Parmi les gènes de premier rang, seulement ACE2, le récepteur connu pour être responsable de gripper la pointe de la protéine virale SARS-CoV-2, montré l'expression de tissu-détail, avec le reste des premiers coups de gène grand exprimés en travers de beaucoup de tissus, proposant que ces mécanismes puissent fonctionner indépendant de type de cellules ou de tissu.

Utilisant des caractéristiques proteomic, ils ont constaté que plusieurs des gènes de premier rang d'hôte agissent l'un sur l'autre directement avec les propres protéines du virus, mettant en valeur leur rôle central pendant le cycle de vie viral. L'équipe a également analysé les gènes courants d'hôte priés pour d'autres agents pathogènes viraux, tels que Zika ou grippe de la pandémie H1N1.

Analyses mécanistes : Cholestérol et récepteurs viraux

Après avoir complété l'écran primaire, le groupe de chercheurs avait l'habitude plusieurs différentes techniques pour valider le rôle de plusieurs des gènes de premier rang dans le viral infection.

Utilisant les lignées cellulaires humaines dérivées du poumon et d'autres organes susceptibles de l'infection SARS-CoV-2, ils ont mesuré le viral infection après coup de grâce de gène par CRISPR, l'élimination de gène utilisant l'interférence ARN, ou l'inhibition de médicament. Après validation que le viral infection réduit de ces manipulations, ils a ensuite recherché à comprendre les mécanismes par lesquels la perte de ces gènes bloquent l'infection de coronavirus.

Utilisant une technologie développée récemment qui accouple la retouche de grande puissance de CRISPR avec l'ARN-ordonnancement unicellulaire (ECCITE-seq), l'équipe a recensé cette perte de plusieurs résultats de premier rang de gènes dans la régulation positive des voies de biosynthèse de cholestérol et d'une augmentation en cholestérol cellulaire. Utilisant cette analyse, ils ont étudié les effets de l'amlodipine, un médicament qui modifie des taux de cholestérol.

« Nous avons constaté qu'amlodipine, un antagoniste des canaux calciques, niveaux de cholestérol cellulaire d'upregulates et bloquons l'infection SARS-CoV-2. Puisque les études cliniques récentes ont également proposé que les patients prenant des inhibiteurs des canaux calciques aient un régime de fatalité de cas COVID-19 réduit, un futur sens important de recherches sera d'illuminer davantage la relation entre les voies de synthèse du cholestérol et SARS-CoV-2, » a dit M. Tristan Jordanie, un boursier post-doctoral dans le laboratoire de tenOever et le Co-premier auteur de l'étude.

La construction sur des anciens travaux sur des mutations dans la protéine de pointe et l'entrée virale par ACE2 le récepteur, l'équipe de recherche a également demandé si la perte de quelques gènes pourrait s'entretenir résistance au coronavirus en abaissant les niveaux ACE2. Ils ont recensé un gène en particulier, RAB7A, qui a un grand choc sur ACE2 trafiquant à la membrane cellulaire. Utilisant une combinaison de cytométrie de flux et de microscopie confocale, l'équipe a prouvé que la perte de RAB7A évite l'entrée virale en séquestrant les récepteurs ACE2 à l'intérieur des cellules.

Les « traitements actuels pour l'infection SARS-CoV-2 vont actuel après le virus lui-même, mais des offres de cette étude une meilleure compréhension de la façon dont les gènes d'hôte influencent l'entrée virale et activeront les avenues neuves pour la découverte thérapeutique et accéléreront si tout va bien la guérison aux populations susceptibles, » a dit M. Sanjana.

Source:
Journal reference:

Daniloski, Z., et al. (2020) Identification of required host factors for SARS-CoV-2 infection in human cells. Cell. doi.org/10.1016/j.cell.2020.10.030.