חוקרים חושפים כיצד SARS-CoV-2 חוט מחדש את חילוף החומרים של כולסטרול, תוך הדגשת יעד חדש להילחם בהשפעות המטבוליות והקרדיווסקולריות של COVID-19.
מחקר: מניפולציה של כולסטרול מארח על ידי SARS-CoV-2. קרדיט תמונה: קטרינה קון / Shutterstock
*הודעה חשובה: bioRxiv מפרסם דוחות מדעיים ראשוניים שאינם נבדקים על ידי עמיתים, ולכן אין לראות בהם מכריעים, מנחים פרקטיקה קלינית/התנהגות הקשורה לבריאות, או להתייחס אליהם כאל מידע מבוסס.
במאמר מחקר שפורסם לאחרונה ב- bioRxiv שרת preprint*, חוקרים בארצות הברית חקרו את ההשפעה הפוטנציאלית של זיהום תסמונת נשימה חריפה חמורה בנגיף הקורונה 2 (SARS-CoV-2) על חילוף החומרים של כולסטרול, תוך התמקדות בתפקיד של החלבון הנגיפי מסגרת קריאה פתוחה 3a (ORF3a).
הם מצאו ש-SARS-CoV-2 גורם לקיבוע כולסטרול בליזוזומים דרך חלבון ORF3a, מה שמשבש את הסחר בחלבונים ומפחית את רמות ה-bis(monoacylglycero)phosphate (BMP) בתא, מה שמשפר את ההישרדות הוויראלית.
רֶקַע
מחלת נגיף הקורונה 2019 (COVID-19), הנגרמת על ידי SARS-CoV-2, משבשת את חילוף החומרים של שומנים, במיוחד הומאוסטזיס של כולסטרול, שיכול להימשך במהלך ואחרי ההדבקה. זה קשור לחומרת המחלה ולסיבוכים ארוכי טווח כמו דיסליפידמיה ומחלות לב וכלי דם.
כולסטרול חיוני לתפקוד התא והוא מועבר בעיקר דרך ליזוזומים, שם חלבונים כמו Niemann-Pick C1 ו-C2 (NPC1 ו-NPC2) מקלים על שחרורו. SARS-CoV-2 עשוי לנצל את הכולסטרול בממברנת הפלזמה כדי לשפר את הזיהומים.
שיבושים במסלול הכולסטרול הליזוזומלי עלולים לגרום להצטברות כולסטרול, לפגיעה בתפקודים התאיים, וידוע כי וירוסים כמו אבולה חוטפים את המנגנון הזה. יש לציין כי BMP ממלא תפקיד כפול: הוא מסייע בהובלת כולסטרול ותורם לזיהום ויראלי על ידי קידום היתוך ויראלי עם ממברנות ליזוזומליות.
במחקר הנוכחי, החוקרים חקרו את ההשפעה הפוטנציאלית של זיהום SARS-CoV-2 על הובלת כולסטרול בתאים, תוך התמקדות בתפקיד של החלבון הנגיפי ORF3a.
על המחקר
נעשה שימוש במגוון טכניקות ניסוי, כולל תרבית תאי A549, HeLa ו-Vero E6, ולאחר מכן זיהום SARS-CoV-2 בריבוי זיהום שונה. אינטראקציה SARS-CoV-2 ORF3a-VPS39 נחקרה באמצעות מוטציות בשאריות מפתח (בעיקר W193 ו-Y184, שזוהו כקריטיים עבור אינטראקציה זו). אימונופלואורסצנטי, צביעה פיליפינית ומיקרוסקופיה קונפוקלית שימשו להערכת לוקליזציה של כולסטרול ודינמיקה שלפוחית, תוך הדמיה בתוכן גבוה מכמת תגובות ספציפיות לתא.
רמות הכולסטרול נמדדו באמצעות כרומטוגרפיית גז-ספקטרומטריית מסה (GC-MS), ומינים של שומנים נותחו באמצעות שומנים בדם ברובה ציד. לצורך ניתוח חלבון נוסף, בוצעה בדיקת Western blot לאיתור NPC2 ו-cathepsin D מופרש, יחד עם lysates של תאים. הנתונים נותחו באמצעות ImageJ ו-Prism 9, ומובהקות סטטיסטית נקבעה על ידי מבחני t או ניתוח שונות.
תוצאות ודיון
נמצא כי זיהום ב-SARS-CoV-2 מגביר את ה-Puncta חיובי לפיליפין בליזוזומים של תאי A549-hACE2 ו-Vero E6, מה שמעיד על שינוי בפיזור הכולסטרול, במיוחד בליזוזומים, מבלי להשפיע על רמות הכולסטרול הכוללות. מבין 28 החלבונים הוויראליים שנבדקו, ORF3a הראה את העלייה החזקה ביותר ב-Filipin puncta, דבר המצביע על קיבוע משמעותי של כולסטרול ליזוזומלי.
יש לציין כי SARS-CoV-2 ORF3a התמקם לליזוזומים וגרם להם להתנפח, בעוד ש-SARS-CoV ORF3a לא גרר השפעות כאלה, והדגיש אסטרטגיה פתוגנית ייחודית ל-SARS-CoV-2.
נמצא ש-ORF3a יוצר אינטראקציה עם VPS39, מרכיב מרכזי בקומפלקס HOPS המעורב ביציאת כולסטרול מליזוזומים. שיירי מפתח W193 ו-Y184 הוכחו כיוצרים ממשק קישור הידרופובי קריטי לאינטראקציה זו, המבדיל את SARS-CoV-2 ORF3a מהמקבילה שלו ל-SARS-CoV. מוטציות ב-W193 ו-Y184 שיבשו את האינטראקציה הזו, בעוד של-S171 ו-H182 לא הייתה השפעה משמעותית.
הוכח כי ביטוי SARS-CoV-2 ORF3a גורם להצטברות כולסטרול בליזוזומים, אשר הופחת על ידי המוטציה W193A. זה גם הוביל למיקום שגוי של NPC2 והגביר את הפרשתו, מה שמעיד על שיבושים בסחר ב-NPC2, ככל הנראה עקב הפרעה להעברת TGN לאנדוזום. בנוסף, רמות BMP הופחתו באופן משמעותי בתאים נגועים, מה שכנראה מחמיר את ריבוד הכולסטרול הליזוזומלי.
בתאי Vero E6 הנגועים ב-SARS-CoV-2, רמות BMP נמצאו יורדות ב-12 שעות לאחר ההדבקה, במקביל לעלייה בכולסטרול לאחר 18 שעות. בתאי HeLa-Flp-In, SARS-CoV-2 ORF3a נמצא כמפחית את רמות ה-BMP ב-20%, עם הצלה חלקית במוטנט W193A. Lipidomics אישרה הפחתה זו, המתאם אובדן BMP עם הצטברות כולסטרול ומצביעה על כך שהפחתת BMP עשויה לתרום לקיבוע כולסטרול.
SARS-CoV-2 עשוי להפחית את הכולסטרול בממברנת הפלזמה כדי להגביל זיהומים משניים, כפי שמוצג על ידי ירידה בזיהום SARS-CoV-2 בתאים שטופלו במעכבי NPC1. זה תומך בהשערה שהנגיף מתמרן את הפצת הכולסטרול כדי לייעל את תנאי השכפול. מעניין, נראה שהנגיף גם מפחית את הזיהומים שלו בתוך תא בודד, מה שמרמז על מנגנון ויסות עצמי למניעת עומס ויראלי ולהבטיח התפשטות רחבה יותר ברמת המארח.
תכנית המסלולים המשתתפים ביציאת כולסטרול ליזוזומלית. בתאים בריאים, ליזוזומים מעבדים ליפופרוטאינים בצפיפות נמוכה (LDL) אנדוציטוזים כדי לשחרר כולסטרול חופשי, המיוצא דרך ה-Cholesterol Transporters Niemann-Pick C 2 (NPC2) ו-NPC1. NPC2 נקשר גם עם הפוספוליפיד ביס(מונואצילגליצרו)פוספט (BMP) כדי לייצא כולסטרול ללא תלות ב-NPC1. NPC2 שסונתז לאחרונה מתחבר לקולטני המיון מנוז-6-פוספט, כגון CI-MPR, ברשת הטרנס-גולגי (TGN) ומועבר לאנדוזומים מאוחרים. כאן, CI-MPR מאוחזר וממוחזר בחזרה ל-TGN בעזרת מתחם HOPS. בתאים נגועים ב-SARS-CoV-2, ORF3a מקיים אינטראקציה עם תת-יחידת HOPS VPS39, ומשבש את מיחזור ה-CI-MPR. זה מוביל לפגמים בסחר ב-NPC2, כלומר, מיקום מוטעה והפרשה מוגברת. בנוסף, האינטראקציה ORF3a-VPS39 מפחיתה את רמות ה-BMP על ידי מנגנון לא מוגדר, וכתוצאה מכך, יחדיו, קיבוע כולסטרול בתוך ליזוזומים.
מַסְקָנָה
לסיכום, הובהר מנגנון חדש שבאמצעותו SARS-CoV-2 משבש את חילוף החומרים של שומנים בתא המארח, במיוחד באמצעות קיבוע כולסטרול בליזוזומים. על ידי חשיפת האינטראקציה הספציפית בין החלבון הנגיפי ORF3a לחלבון המארח VPS39, המחקר מדגיש תפקיד קריטי של הפרעה בסחר בכולסטרול ליזוזומלי בפתוגנזה של SARS-CoV-2.
תגלית זו פותחת אפיקים טיפוליים פוטנציאליים להתמקד בחוסר ויסות שומנים ב-COVID-19, מה שיכול לסייע בהפחתת ההשלכות המטבוליות המיידיות והארוכות הטווח של המחלה, לרבות דיסליפידמיה וסיבוכים קרדיווסקולריים.
*הודעה חשובה: bioRxiv מפרסם דוחות מדעיים ראשוניים שאינם נבדקים על ידי עמיתים, ולכן אין לראות בהם מכריעים, מנחים פרקטיקה קלינית/התנהגות הקשורה לבריאות, או להתייחס אליהם כאל מידע מבוסס.
