SARS-CoV-2 заражает клетки через специфические вирусные факторы проникновения

Новое исследование раскрывает, какие типы клеток могут быть инфицированы из-за факторов проникновения вируса. Исследование также предполагает, что повышенная экспрессия генов этих факторов проникновения вируса у некоторых людей частично объясняет различия в тяжести COVID-19 в зависимости от возраста, пола и статуса курения. Исследование было разработано на основе Биологической сети легких атласа клеток человека при основном участии Гельмгольца Центра Мюнхена, Института Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда, Института Велком Сэнгер и Медицинского центра Университета Гронингена.


COVID-19 не влияет на всех одинаково. Хотя коронавирус -CoV-2 в основном проявляется в легких, он может инфицировать и другие органы. Клинические наблюдения на протяжении всей пандемии также показывают, что некоторые группы населения, такие как пожилые люди, мужчины и курильщики, как правило, более серьезно страдают от болезни. Пока молекулярные причины этого не описаны.

Предыдущие исследования показали, что для заражения человеческих клеток SARS-CoV-2 требует, чтобы клетка содержала специфические генетические факторы проникновения вируса, а именно рецептор ACE2 и протеазу (TMPRSS2 или CTSL). Таким образом, знание того, какие типы клеток экспрессируют и ACE2, и протеазу, даст нам информацию о том, какие потенциально могут быть инфицированы SARS-CoV-2.

Консорциум Human Cell Atlas (HCA) стремится составить карту каждого типа клеток в человеческом теле, трансформируя наше понимание биологии и болезней. В рамках этого исследователи из Биологической сети легких HCA объединили усилия, чтобы внести и проанализировать данные об экспрессии генов в отдельных клетках. Вместе они проанализировали более 100 наборов данных об экспрессии одноклеточных генов у здоровых людей, чтобы увидеть, какие типы клеток экспрессируют как ACE2, так и протеазу.

Анализ показал, что определенные типы клеток эпителия легких и дыхательных путей, а также печени, толстой кишки и глаза богаты генетическими факторами проникновения вируса (= высокая экспрессия рецептора ACE2 и протеазы) — и, следовательно, содержат молекулы, необходимые для заражения SARS-CoV-2.

Более того, исследователи обнаружили, что экспрессия генов, лежащих в основе факторов проникновения вируса, повышена в клетках пожилых людей и немного у мужчин по сравнению с женщинами. Кроме того, клетки курильщиков (в частности, клетки дыхательных путей) экспрессируют больше факторов проникновения SARS-CoV-2, чем клетки некурящих. Эти результаты соответствуют различиям в тяжести заболевания, которые были зарегистрированы для пациентов с COVID-19 в этих группах населения, и, таким образом, предлагают молекулярное объяснение этой разницы (наряду с другими факторами, которые не исследовались в этом исследовании, такими как более слабая иммунная система).

Большие данные для биомедицинских исследований

«В борьбе с пандемией мы не можем полагаться на выводы, которые ограничиваются лишь несколькими наблюдениями. Вместо этого мы должны полагаться на надежный анализ больших данных. Например, чтобы оценить, присутствует ли рецептор ACE2, необходимый для проникновения вируса, в большем количестве в клетки Для пожилого населения нам необходимо сильное представление множества различных людей в нашем наборе данных. Используя данные из Атласа клеток человека, мы могли бы смоделировать, как генетические факторы проникновения вируса в клетки выражаются в популяции », — говорит Мальте Люкен, вычислительный биолог из компании Helmholtz. Zentrum München и соавтор исследования.

«Ключевым аспектом этого крупномасштабного исследования был возрастной диапазон выборок, которые мы смогли проанализировать. Это исследование включало данные о стадиях развития человека, образцы от детей и молодых людей, а также образцы от пожилых людей. Это дало нам уникальные способность оценивать изменения, происходящие в течение жизни человека. Огромный масштаб данных позволил нам увидеть молекулярные различия в зависимости от возраста, пола и статуса курения », — сказала Керстин Мейер, автор статьи из Wellcome Sanger Institute.