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L'espressione genica dei fattori virali dell'entrata può spiegare le differenze della severità COVID-19

Un nuovo studio scopre che i tipi delle cellule possono essere infettati da SARS-CoV-2 dovuto i loro fattori virali dell'entrata. Lo studio egualmente suggerisce che l'espressione genica aumentata di questi fattori virali dell'entrata in alcune persone parzialmente spieghi le differenze della severità COVID-19 riferite relativamente all'età, al genere ed allo stato di fumo.

Lo studio si è evoluto dalla rete biologica del polmone dell'atlante della cellula umana con i contributi principali da Helmholtz Zentrum München, il vasto istituto del MIT e di Harvard, l'istituto di Wellcome Sanger ed il centro medico Groninga.

COVID-19 non pregiudica ognuno allo stesso modo. Mentre il coronavirus SARS-CoV-2 soprattutto si manifesta nel polmone, può infettare altri organi, anche. Le osservazioni cliniche in tutto la pandemia egualmente suggeriscono che alcuni gruppi della popolazione - quali gli anziani, gli uomini ed i fumatori - tendano ad essere influenzati più severamente dalla malattia. Finora, le ragioni molecolari per questa non sono state descritte.

Gli studi precedenti avevano indicato che per infettare le cellule umane, SARS-CoV-2 ha bisogno della cella di contenere i fattori virali genetici specifici dell'entrata - vale a dire un ricevitore ACE2 e una proteasi (TMPRSS2 o CTSL). Conoscere quali tipi delle cellule esprimono sia ACE2 che una proteasi quindi ci fornirebbe le informazioni circa cui le celle possono potenzialmente essere infettate con SARS-CoV-2.

Il consorzio dell'atlante (HCA) della cellula umana sta mirando a mappare ogni cella digita dentro il corpo umano, trasformando la nostra comprensione della biologia e della malattia. Presso questo, i ricercatori dalle forze unite rete biologica del polmone di HCA per fornire ed analizzare i dati di espressione genica dalle diverse celle. Insieme, hanno analizzato più di 100 gruppi di dati di espressione genica unicellulare della gente in buona salute, per vedere quali tipi delle cellule esprimono sia ACE2 che una proteasi.

L'analisi ha indicato che la cella specifica digita dentro l'epitelio del polmone e delle vie respiratorie, ma anche nel fegato, il colon e l'occhio sono ricchi di fattori virali genetici dell'entrata (espressione del =high del ricevitore ACE2 e di una proteasi) - e quindi contengono le molecole necessarie per permettere l'infezione SARS-CoV-2.

Inoltre, i ricercatori hanno trovato che l'espressione dei geni che sono alla base dei fattori virali dell'entrata è aumentata di celle degli anziani e leggermente negli uomini ha confrontato alle donne. Inoltre, le celle dai fumatori (in particolare celle della galleria di ventilazione) esprimono più fattori dell'entrata SARS-CoV-2 che dai non-fumatori.

Questi risultati abbinano le differenze nella severità di malattia che sono state riferite per i pazienti COVID-19 in quei gruppi della popolazione e così offrono una spiegazione molecolare per questa differenza (accanto ad altri fattori che non sono stati studiati in questo studio quale un sistema immunitario più debole).

Grandi dati per ricerca biomedica

“Combattendo la pandemia, non possiamo contare sulle conclusioni che sono limitate ad alcune osservazioni soltanto. Invece, dobbiamo contare sull'analisi robusta di grandi dati. Per esempio, per valutare se il ricevitore ACE2 richiesto per l'entrata del virus è più abbondante in celle della popolazione anziana, abbiamo bisogno di forte rappresentazione di molte diverse persone nel nostro gruppo di dati.

Facendo uso dei dati dall'atlante della cellula umana, potremmo modellare come i fattori virali genetici dell'entrata in celle sono espressi attraverso la popolazione.„

Malte Lücken, autore di studio Co-Primo e biologo di calcolo, Helmholtz Zentrum München

“Un aspetto chiave di questo studio su grande scala era l'intervallo di età dei campioni che potevamo analizzare. Questo studio ha compreso i dati dalle fasi inerenti allo sviluppo umane, dai campioni dai bambini e dai giovani adulti come pure dai campioni dagli anziani.

Ciò ci ha dato la potenza unica valutare i cambiamenti che accadono sopra la vita umana. Il disgaggio puro dei dati ha permesso che noi vedessimo le differenze molecolari con l'età, sesso e stato di fumo,„ ha detto Kerstin Meyer, un autore sul documento dall'istituto di Wellcome Sanger.

“Questo studio era l'epitome di intero campo che viene insieme. All'interno del consorzio dell'atlante della cellula umana ognuno che generasse i dati sul polmone umano sano ha fornito i loro dati, sia pubblicati che non pubblicati, per permettere alla nostra analisi.

Quando poi abbiamo raggiunto fuori oltre il consorzio, più laboratori egualmente hanno fornito i dati allo sforzo. Soltanto con questi contributi era la nostra analisi permessa,„ aggiunge Theis da temporeggiatore, Direttore dell'istituto di biologia di calcolo a Helmholtz Zentrum München.

Resistenze e limitazioni

Lo studio ha studiato quali celle sono più probabili da essere infettato da SARS-CoV-2. I risultati parzialmente spiegano come la severità di malattia potrebbe differire fra i gruppi della popolazione a causa del profilo molecolare delle celle.

Ciò fornisce un obiettivo per ulteriore ricerca di intervento. Muovendosi in avanti, i risultati possono anche contribuire a capire meglio la diffusione del virus della corona attraverso l'organismo. La connessione fra l'espressione di fattore virale dell'entrata e la facilità aumentata della severità di malattia o di infezione è stata indicata in mouse ed in laboratorio, ma richiede ulteriore convalida in esseri umani.

Source:
Journal reference:

Muus, C., et al. (2021) Single-cell meta-analysis of SARS-CoV-2 entry genes across tissues and demographics. Nature Medicine. doi.org/10.1038/s41591-020-01227-z.