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Gli scienziati identificano i nuovi obiettivi terapeutici per SARS-CoV-2

Per identificare i nuovi obiettivi terapeutici potenziali per SARS-CoV-2, un gruppo degli scienziati al centro del genoma di New York, la New York University e la scuola di medicina di Icahn al monte Sinai, hanno eseguito sistematicamente un genoma-disgaggio, schermo di perdita-de-funzione CRISPR all'espulsione tutti i geni nel genoma umano. Il gruppo ha esaminato che le modifiche genetiche hanno reso a celle umane del polmone più resistente all'infezione SARS-CoV-2.

I loro risultati hanno rivelato i diversi geni e le reti regolarici del gene nel genoma umano che sono richiesti da SARS-CoV-2 e che confer resistenza all'infezione virale una volta soppresso. Lo studio di collaborazione ha descritto una grande selezione dei geni che precedentemente non sono stati considerati come obiettivi terapeutici per SARS-CoV-2. Il loro studio è stato pubblicato online dalla cella il 24 ottobre.

Per capire meglio le relazioni complesse fra il host e le dipendenze genetiche del virus, il gruppo ha usato una vasta gamma di metodi analitici e sperimentali per convalidare i loro risultati. Questo approccio integrante ha compreso il genoma che modifica, ordinante unicellulare, il rappresentazione confocale e l'analisi di calcolo di espressione genica e dei gruppi di dati proteomic.

I ricercatori hanno trovato che questi nuovi obiettivi del gene, una volta inibiti facendo uso di piccole molecole (droghe), del caricamento virale significativamente diminuito e con alcune droghe, volta fino a 1.000. I loro risultati offrono la comprensione nelle terapie innovarici che possono essere efficaci nel trattamento del COVID-19 e rivelano gli obiettivi molecolari di fondo di quelle terapie.

“Vedendo l'impatto tragico di COVID-19 qui in New York ed attraverso il mondo, abbiamo ritenuto che potremmo usare il gene di alto-capacità di lavorazione CRISPR che modifichiamo gli strumenti che ci siamo applicati ad altre malattie per capire che cosa sono i geni umani chiave richiesti dal virus SARS-CoV-2,„ abbiamo detto l'autore co-senior dello studio, il Dott. Neville Sanjana, il docente di memoria al centro del genoma di New York, l'assistente universitario di biologia, la New York University e l'assistente universitario della neuroscienza e della fisiologia alla scuola di medicina di NYU Grossman.

Precedentemente, il Dott. Sanjana ha applicato gli schermi genoma di ampiezza di CRISPR per identificare i driver genetici di diverse malattie, compreso farmacoresistenza nel melanoma, nell'errore di immunoterapia, nella metastasi del cancro polmonare, nell'immunità innata, nei disordini metabolici innati e nella distrofia muscolare.

Per questo progetto, modificare del genoma era soltanto a metà dell'equazione. “Precedentemente abbiamo sviluppato una serie di modelli della cellula umana per l'infezione di coronavirus nel nostro lavoro per capire le risposte immunitarie al virus. Era grande da collaborare con il gruppo di Neville per capire e completamente geni ospite di profilo da un nuovo angolo,„ ha detto il tenOever co-senior del Dott. Benjamin dell'autore, professore di Fishberg di medicina, lo studioso di Icahn e professore di microbiologia, scuola di medicina di Icahn al monte Sinai.

I cluster del gene piombo il modo

Il gruppo ha scoperto che i geni a alto livello -- quelli di cui la perdita diminuisce sostanzialmente l'infezione virale -- ragruppato in una manciata di complessi della proteina, compreso le atpasi, Retromer vacuolar, comandante, Arp2/3 e PI3K. Molti di questi complessi della proteina sono compresi in proteine di traffico a e dalla membrana cellulare.

Eravamo molto piacevoli vedere i geni multipli all'interno della stessa famiglia dei colpi a alto livello in nostro schermo genoma di ampiezza. Ciò ci ha dato un alto livello di fiducia che queste famiglie della proteina erano determinanti per il ciclo di vita del virus, per entrare nelle cellule umane o nella riuscita replicazione virale.„

Dott. Zharko Daniloski, autore di studio Co-Primo e collega postdottorale, laboratorio di Sanjana, centro del genoma di New York

Mentre i ricercatori hanno eseguito lo schermo di CRISPR facendo uso delle celle umane del polmone, il gruppo egualmente ha esplorato se l'espressione dei geni richiesti ospite era polmone-specifica o espressa più largamente.

Fra i geni a alto livello, soltanto ACE2, il ricevitore conosciuto per essere responsabile del legare la punta virale della proteina SARS-CoV-2, indicato espressione tessuto-specifica, con il resto dei colpi superiori del gene espressi largamente attraverso molti tessuti, suggerenti che questi meccanismi possano funzionare indipendente dalla cella o dal tipo del tessuto.

Facendo uso dei dati proteomic, hanno trovato che vari dei geni a alto livello ospite direttamente interagiscono con le proprie proteine del virus, evidenzianti il loro ruolo centrale nel ciclo di vita virale. Il gruppo egualmente ha analizzato i geni comuni ospite richiesti per altri agenti patogeni virali, quali Zika o influenza di pandemia H1N1.

Comprensioni meccanicistiche: Colesterolo e ricevitori virali

Dopo il completamento dello schermo primario, il gruppo di ricercatori ha utilizzato varie tecniche per convalidare il ruolo di molti dei geni a alto livello nell'infezione virale.

Facendo uso delle linee cellulari umane derivate dal polmone e da altri organi suscettibili dell'infezione SARS-CoV-2, hanno misurato l'infezione virale dopo l'espulsione del gene da CRISPR, la soppressione del gene facendo uso di interferenza del RNA, o l'inibizione della droga. Dopo la convalida che queste manipolazioni hanno diminuito l'infezione virale, dopo hanno cercato di capire i meccanismi da cui la perdita di questi geni blocca l'infezione di coronavirus.

Facendo uso di una tecnologia sviluppata di recente che coppia CRISPR su grande scala che modifica con l'RNA-ordinamento unicellulare (ECCITE-seguente), il gruppo ha identificato quella perdita di parecchi risultati a alto livello dei geni in upregulation delle vie di biosintesi del colesterolo e di aumento in colesterolo cellulare. Facendo uso di questa comprensione, hanno studiato gli effetti dell'amlodipina, una droga che altera i livelli di colesterolo.

“Abbiamo trovato quell'amlodipina, un antagonista di calcio-Manica, livelli di colesterolo cellulari dei upregulates e blocchiamo l'infezione SARS-CoV-2. Poiché gli studi clinici recenti egualmente hanno suggerito che i pazienti che catturano gli stampi di calcio-Manica abbiano un tasso di mortalità di caso diminuito COVID-19, una direzione futura importante della ricerca sarà più ulteriormente di illuminare la relazione fra le vie della sintesi del colesterolo e SARS-CoV-2,„ ha detto il Dott. Tristan Giordania, un collega postdottorale nel laboratorio del tenOever e co-primo autore dello studio.

L'edilizia sul lavoro precedente sulle mutazioni nella proteina della punta e nell'entrata virale tramite ACE2 il ricevitore, il gruppo di ricerca egualmente ha chiesto se la perdita di alcuni geni potrebbe confer la resistenza al coronavirus abbassando i livelli ACE2. Hanno identificato un gene in particolare, RAB7A, che ha un grande impatto su ACE2 che traffica alla membrana cellulare. Facendo uso di una combinazione di citometria a flusso e di microscopia confocale, il gruppo ha indicato che la perdita di RAB7A impedisce l'entrata virale sequestrando i ricevitori ACE2 dentro le celle.

“I trattamenti correnti per l'infezione SARS-CoV-2 corrente vanno dopo il virus stesso, ma offerte di questo studio una migliore comprensione di come i geni ospite influenzano l'entrata virale e permetteranno ai nuovi viali per la scoperta terapeutica ed eventualmente accelereranno il ripristino per le popolazioni suscettibili,„ ha detto il Dott. 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.