Репликация SARS-CoV-2 нацелена на ресничные клетки носа на ранней стадии заражения COVID-19

Понимание того, как происходит вирусная инфекция, может дать исследователям важные подсказки для разработки стратегий предотвращения передачи вируса и разработки эффективных терапевтических агентов и вакцин. SARS-CoV-2, возбудитель COVID-19, проникает в клетки-хозяева через взаимодействие между шиповым белком вируса и внеклеточным рецепторным доменом ACE2. Проникновение вируса в клетки завершается различными протеазами, которые позволяют мембранам вируса и клетки сливаться вместе. Хотя известно, что верхние дыхательные пути поражаются на ранней стадии инфекции, точные типы клеток, которыми вирус заражает на самой ранней стадии, еще не идентифицированы.

Под руководством директора Кох Гоу Янга ученые из Центра сосудистых исследований Института фундаментальных наук Южной Кореи недавно обнаружили процессы, вовлеченные в самые ранние стадии заражения COVID-19. Группа достигла этого путем комбинирования иммунофлуоресцентного окрашивания (IFS) и секвенирования одноклеточной РНК (scRNA-seq) молекул, которые участвуют в процессе проникновения вируса. Благодаря этому Ко и его коллеги определили точную цель коронавируса на клеточном уровне , сравнив результаты субъектов, инфицированных COVID-19, с результатами здоровых людей из контрольной группы.

Сначала исследователи искали присутствие ACE2, TMPRSS2 и FURIN, которые являются преобладающими молекулами, связанными с проникновением SARS-CoV-2, на поверхности различных типов клеток в носовом эпителии. Было обнаружено, что эти белки присутствуют в больших количествах на реснитчатых клетках. Более того, апикальные (верхние) стороны этих клеток показали более высокие уровни этих молекул по сравнению с базальной (нижней) стороной. Уровни этих белков были самыми высокими в полностью дифференцированных мультицилийных клетках. С другой стороны, вирусные входные белки не были обнаружены в недифференцированных эпителиальных клетках или секреторных клетках, таких как бокаловидные клетки.

(A) График UMAP, сравнивающий неконтролируемую кластеризацию субпопуляций носовых эпителиальных клеток между здоровыми контрольными людьми и пациентами с COVID-19. (B) Сравнение доли генов SARS-CoV-2 в общем количестве обнаруженных генов на клетку в каждом кластере. (C) Графики UMAP, показывающие изменения в популяциях кластеров назальных эпителиальных клеток пациентов с легкой формой COVID-19 в указанный день госпитализации. (D) Быстрое снижение количества мультицилированных клеток SARS-CoV-2 NP + во время госпитализации пациентов с COVID-19. Области пунктирной рамки увеличены на нижних панелях или вставках. Масштабные линейки 20 мкм и 200 мкм. Предоставлено: Институт фундаментальных наук.

Затем исследователи дополнительно изучили эти назальные эпителиальные клетки с помощью scRNA-seq и визуализировали клетки в различных кластерах с помощью UMAP. Образцы были собраны у четырех пациентов в первый день их диагноза COVID-19, которые сравнивались с двумя образцами от здоровых доноров. Было обнаружено, что доля многокомпонентных клеток была значительно снижена в образцах от инфицированных пациентов, в то время как было увеличение секреторных клеток и дифференцирующихся клеток. Это намекало на то, что полицилиальные клетки первыми подверглись атаке и уничтожению вирусом, которые затем были заменены клетками последнего типа.