במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת הליכים של האקדמיה הלאומית למדעיםחוקרים ניתחו את היכולת הדלקתית של רכיבים מקוטעים של תסמונת נשימה חריפה חמורה וירוס קורונה 2 (SARS-CoV-2).
המחקר האינטנסיבי במהלך מגיפת מחלת הקורונה 2019 (COVID-19) עזר להבין את הזיהום ב-SARS-CoV-2. עם זאת, מה שעושה את הנגיף מסוגל לגרום לתגובה דלקתית מסוכנת נותר לא ברור. מחקרים הראו שפפטידים אמפיפיליים וקטיוניים ממערכת החיסון המולדת עוברים הרכבה דמוית עמילואיד עם חומצות גרעין אניוניות ויוצרים קומפלקסים פרו-דלקתיים.
מחקר: חיים שלאחר המוות הנגיפיות: SARS-CoV-2 כמאגר של פפטידים אימונומימטיים המתגבשים מחדש לקומפלקסים על-מולקולריים פרו-דלקתיים. קרדיט תמונה: NIAID
המחקר והממצאים
המחקר הנוכחי בדק האם פפטידים מפוצלים של SARS-CoV-2 מתאספים עם RNA דו-גדילי אניוני (dsRNA) לקומפלקסים על-מולקולריים. הפרוטאום הנגיפי נחשב למאגר של שברי פפטידים המשתחררים לאחר הרס פרוטאוליטי של ויריון. החוקרים מינפו סיווג וקטור תמיכה (SVM) כדי לזהות רצפים דמויי פפטיד אנטי-מיקרוביאלי (AMP) (xenoAMPs) בפרוטום SARS-CoV-2.
רצפי חלבון ויראלי נסרקו באמצעות חלון נע של 24-34 חומצות אמינו כדי לזהות xenoAMPs פוטנציאליים ולבדוק אם הם מתנהגים כמו AMPs אם הם מפוצלים במיקומים שונים. רצפים נבחרו על סמך הפלט שסופק על ידי המסווג כציון סיגמה (σ), שבו ציון חיובי מאוד מרמז שהרצף בסבירות גבוהה יהיה AMP.
קיום חיקויים אקסוגניים של פפטידים אנטי-מיקרוביאליים מארח פרו-דלקתי (xenoAMPs) בחלבוני SARS-CoV-2. (א) חלבוני SARS-CoV-2 נסרקים עם מסווג AMP למידת מכונה. לכל רצף שאילתה ניתן ציון σ המודד את מידת ה-AMP שלו. שלושה רצפים מייצגים בעלי ניקוד גבוה נחקרים: xenoAMP(ORF1ab), xenoAMP(S) ו-xenoAMP(M). הפסים האפורים מסמנים את המיקום שבו נבחרים הרצפים המתאימים. (ב) רצפי SARS-CoV-2 מיושרים ומשווים להומולוגים שלהם בנגיף קורונה אנושי נפוץ HCoV-OC43: Control (ORF1ab), Control(S) ו-Control(M). כוכביות, נקודתיים ותקופות מצביעים על עמדות שיש להן שאריות שמורות לחלוטין, כאלו שיש להן תכונות דומות מאוד וכאלה שיש להן תכונות דומות במידה חלשה, בהתאמה. צבע מוקצה לכל שארית באמצעות ערכת ClustalX. (ג) מפות חום של ציון σ משווים את התפלגות רצפים בעלי ניקוד גבוה בשלושה חלבונים מ-SARS-CoV-2 ו-HCoV-OC43. חומצת האמינו הראשונה בכל רצף נצבעת לפי ציון ה-σ הממוצע שלה; אזורים עם ציוני σ ממוצעים שליליים (שאינם AMP) צבועים בלבן. לאשכולות "נקודה חמה" של רצפים בעלי ניקוד גבוה עבור SARS-CoV-2 (אזורים צהובים עזים מסוגריים בתיבות אדומות) יש ציונים גבוהים יותר באופן שיטתי ומתפרשים על אזורים רחבים יותר של מרחב רצף בהשוואה ל-HCoV-OC43. מגמה זו מעידה על כך שנקודות חמות ב-SARS-CoV-2 יכולות ליצור רצפי ניקוד גבוהים יותר עבור מגוון גדול יותר של אתרי ביקוע אנזימטיים מאשר אלה ב-HCoV-OC43.
יתרה מכך, הצוות בחר רצפים ספציפיים מאוכלוסיה זו של רצפים (בניקוד גבוה) עם מטען קטיוני גבוה. באופן ספציפי, הם התמקדו במועמדים אבות טיפוסיים מחלבון הממברנה (M), חלבון ספייק (S) ופוליפרוטאין מסגרת קריאה פתוחה 1ab (ORF1ab). בסיליקו ניתוחים הראו ש-xenoAMPs אלו יכולים להיווצר במהלך פירוק פרוטאזומלי, כאשר מטריקס מטאלופרוטאנאז 9 (MMP9) ונויטרופיל אלסטאז (NE) מסוגלים ליצור אותם.
לאחר מכן, הצוות השווה SARS-CoV-2 xenoAMPs עם רצפים הומולוגיים מ-SARS-CoV-1 ו-CoV אנושיים שאינם מגיפה. זה הראה שרצפים נשמרו חלקית. השוואה של מפות חום של ציון σ של חלבוני ORF1ab, S ו-M בין SARS-CoV-2 ו-HCoV-OC43 גילתה כי רצפים בעלי ניקוד גבוה התקבצו לנקודות חמות, כאשר לנקודות חמות של SARS-CoV-2 יש ציונים גבוהים יותר ומשתרעים על אזורים רחבים יותר. מאלו של HCoV-OC43.
יתרה מכך, ספקטרומטריית מסה בוצעה על דגימות שאיבת קנה הנשימה מחולים עם COVID-19 חמור. הצוות זיהה שברי מארח AMP, cathelicidin LL-37, ב-20 דגימות (מתוך 29). לעומת זאת, 28 דגימות הכילו שברי פפטידים ויראליים, שלחלקם היו ציוני σ גבוהים מספיק כדי להיחשב כ-xenoAMPs.
שלושת ה-xenoAMPs, xenoAMP(S), xenoAMP(M) ו-xenoAMP(ORF1ab), נצפו בניסוי כדי ללוות ולהרכיב עם dsRNA לקומפלקסים הדומים ל-LL-37. פולינוזין: חומצה פוליציטידילית (Poly(I:C) שימשה כאנלוגי סינתטי כדי לחקות את ה-dsRNA הנגיפי שנוצר במהלך שכפול. המבנים של קומפלקסים xenoAMPs-poly(I:C) היו קשורים לארח מתחמי AMPs-dsRNA.
לאחר מכן, הצוות חקר את החוסן של קומפלקסים פרו-דלקתיים בהרכבה עצמית בתנאים לא אופטימליים. הם גילו שהמבנים הננו-גבישיים נשמרו כאשר ה-xenoAMPs המשתתפים קוצרו. חוץ מזה, נמצא כי SARS-CoV-2 xenoAMPs מתגבשים יחד עם LL-37, דבר המצביע על כך ש-AMPs ו-xenoAMPs מארח יכולים להפעיל באופן סינרגטי תגובות דלקתיות.
יכולת ההפעלה החיסונית של xenoAMPs מ-SARS-CoV-2 הושוו לזו של פפטידים הומולוגיים מ-HCoV-OC43 באמצעות מונוציטים אנושיים. מונוציטים שטופלו ב-XenoAMP-poly(I:C) שחררו פי 1.7 יותר אינטרלוקין (IL)-8 מאשר בקרות שטופלו בפולי(I:C). לעומת זאת, קומפלקסים שנוצרו עם פפטידים הומולוגיים מ-HCoV-OC43 גרמו לרמות נמוכות בהרבה של IL-8.
בנוסף, גירוי xenoAMP-poly(I:C) של תאי אנדותל עוריים מיקרו-וסקולריים אנושיים ראשוניים (HDMVECs) עורר ייצור חזק של IL-6, שלא נצפה עם קומפלקסים שנוצרו מפפטידים HCoV-OC43. יש לציין, HDMVECs שטופלו ב-xenoAMP-poly(I:C) הראו שיפור ויסות משמעותי של מספר גנים מעוררי דלקת של כימוקינים וציטוקינים.
לבסוף, החוקרים מדדו את יכולת ההפעלה החיסונית בעכברים. עכברי C57BL/6 שלא נחשפו לזיהום טופלו בקומפלקסים של xenoAMP(ORF1ab)-poly(I:C) או בפולי(I:C)-לבד (ביקורת). טיפול ב-XenoAMP(ORF1ab)-poly(I:C) העלה את רמות הפלזמה של IL-6 ו-CXC motif chemokine ligand 1 (CXCL1) פי 1.6 ו-2.2, בהתאמה, בהשוואה לפולי(I:C) בלבד. יתרה מכך, רמות IL-6 ו-CXCL1 עלו פי 1.2 בריאה בהשוואה לטיפול הביקורת.
מסקנות
לסיכום, המחקר הדגים מנגנון בלתי צפוי של דלקת המתפשטת דרך תאים לא נגועים ב-COVID-19, שבו שברי ויראלים מחקים AMPs כמו LL-37. זה יכול להיות בולט כדי להבין מדוע מערכת החיסון המארחת ב-COVID-19 דומה לזו של אנשים עם מצבים אוטואימוניים כמו דלקת מפרקים שגרונית וזאבת.
החוקרים מצאו כי פרוטאזות מארח יכולות ליצור xenoAMPs, מה שמצביע על כך שלמעכבי פרוטאז המדכאים יצירת xenoAMP יכולים להיות השפעה קלינית על דלקת הנגרמת על ידי ויראלית. הפירוק הפרוטאוליטי של SARS-CoV-2 עשוי להיות שונה בין יחידים מארח, אולי מסביר את ההטרוגניות של תוצאות הזיהום, למשל, אסימפטומטי וקטלני.
