Interferone e la Lotta Contro il COVID-19

I virus hanno un rapporto complicato con le cellule che infettano. Usano le risorse della cellula per fare copie di se stessi, mentre affrontano anche i meccanismi di difesa della cellula progettati per combattere le infezioni. Uno dei principali meccanismi di difesa è il percorso dell'Interferone (IFN). Quando una cellula rileva un virus, rilascia interferone, che segnala le cellule vicine di entrare in uno stato antivirale per aiutare a proteggerle da ulteriori infezioni.

#Il Ruolo dell'Interferone nel COVID-19

Ricerche hanno dimostrato che un numero ridotto di pazienti con COVID-19 grave ha mutazioni che influenzano la produzione o la risposta agli interferoni di tipo I. Alcuni pazienti hanno anche autoanticorpi che bloccano questi interferoni. Questo indica che gli interferoni di tipo I sono essenziali per combattere il virus SARS-CoV-2, che causa il COVID-19. Quindi, studiare i geni stimolati dagli interferoni (noti come geni stimolati dagli interferoni o ISGS) è fondamentale per capire come il corpo combatte le infezioni virali e come possiamo prepararci meglio per future pandemie.

#Identificare i Geni Antivirali

Diversi studi hanno recentemente identificato specifici ISGs che possono limitare la diffusione del SARS-CoV-2. Questi studi hanno per lo più utilizzato una tecnica chiamata screening di gain-of-function per testare come ogni ISG individuale influisce sulla replicazione virale. I risultati chiave hanno indicato fattori come l'antigene stromale del midollo osseo 2 (BST2) e il colesterolo 25-idrossilasi (CH25H) che possono combattere il virus. Tuttavia, questo metodo ha le sue limitazioni. Tende a concentrarsi su ISGs che funzionano da soli senza considerare l'ambiente complesso della cellula, dove numerosi geni vengono attivati o soppressi durante un'infezione.

Per superare questa limitazione, alcuni ricercatori hanno esaminato gli effetti di "knockout" o disabilitare specifici ISGs in cellule che erano state trattate in precedenza con interferone. Hanno utilizzato uno strumento genetico chiamato sistema CRISPR per vedere come la perdita di questi geni influenzasse l'infezione da SARS-CoV-2. Questo approccio ha rivelato fattori importanti, come la proteina associata al dominio di morte (DAXX), che gioca un ruolo nel limitare l'infezione virale.

#L'Importanza dello Studio

Nel nostro studio, abbiamo condotto un ampio screening di knockout CRISPR per trovare geni che influenzano l'infezione da SARS-CoV-2 nelle cellule, sia con che senza trattamento preventivo con basse dosi di interferone. Sebbene organizzare uno studio del genere possa essere impegnativo, ha vantaggi chiari. Permette ai ricercatori di individuare non solo geni antivirali, ma anche quelli che potrebbero supportare il virus nella replicazione.

Lo screening CRISPR ha identificato numerosi geni rilevanti, inclusi sia fattori noti che nuovi che influenzano l'infezione da SARS-CoV-2. Una scoperta importante è stato il ruolo dell'ISG noto come scramblasi di fosfolipidi 1 (PLSCR1). Questo gene è stato collegato a varie funzioni biologiche, inclusi il movimento di alcune molecole nelle membrane cellulari e la risposta all'interferone nel contesto delle infezioni virali.

Ulteriori esperimenti hanno confermato che PLSCR1 limita l'ingresso del SARS-CoV-2 nelle cellule ospiti attraverso meccanismi che non sono ancora completamente compresi. I nostri risultati, insieme ai dati degli studi esistenti, offrono preziose intuizioni su come i virus interagiscono con le cellule ospiti e come il sistema immunitario risponde.

#Comprendere gli ISGs Conosciuti e i Loro Meccanismi

La nostra ricerca ha incluso uno sguardo dettagliato a come diversi ISGs lavorano per limitare l'ingresso del SARS-CoV-2 nelle cellule. Ad esempio, il CD74 aiuta a prevenire che alcune enzimi assistano il virus nell'infettare le cellule. Altri fattori come il CH25H giocano un ruolo nel modificare i livelli di colesterolo, ostacolando la fusione della membrana del virus e, di conseguenza, l'ingresso virale.

Alcuni fattori trovati essere provocatori, come l'enzima di conversione dell'angiotensina 2 (ACE2), sono comunque essenziali per il virus anche quando l'interferone è presente. Questi risultati indicano che le interazioni tra il virus e l'ospite non sono dirette, ma coinvolgono una serie di percorsi complicati.

#L'Importanza delle Cellule Huh-7.5 nella Ricerca

Sebbene il fegato non sia il principale obiettivo dell'infezione da SARS-CoV-2, le linee cellulari di carcinoma epatocellulare umano Huh-7.5 si sono rivelate utili nella ricerca. Queste cellule esprimono naturalmente fattori importanti di cui il virus ha bisogno, inclusi ACE2. Curiosamente, non producono interferone durante l'infezione, ma possono indurre uno stato antivirale quando sono pretrattate con interferone.

Utilizzando le cellule Huh-7.5, abbiamo condotto uno screening di knockout CRISPR su tutto il genoma mirato a comprendere sia i geni provocatori che quelli antivirali. Questo approccio approfondito ci consente di esaminare come i singoli geni influenzano la suscettibilità delle cellule al SARS-CoV-2.

#Screening Impartiali Rivelano Intuizioni Chiave

Nel nostro screening, abbiamo valutato quasi 17.000 geni per vedere come la loro interruzione influenzasse l'infezione da SARS-CoV-2. Abbiamo categorizzato questi geni in gruppi basati sui loro livelli di espressione in risposta al trattamento con interferone. I risultati hanno rivelato sia geni noti che ospiti precedentemente non identificati coinvolti nel processo di infezione.

La nostra analisi ha evidenziato diversi percorsi importanti che mostrano potenziale per attività antivirale, in particolare quelli legati alla trascrizione e alla maturazione dell'mRNA. Questi processi sono probabilmente cruciali mentre la cellula ospite cerca di rispondere alla minaccia virale.

#Indagare il Ruolo di PLSCR1

PLSCR1 si è distinto come un fattore antivirale significativo nei nostri risultati. Varianti di questo gene sono state collegate a esiti severi nei pazienti con COVID-19. I nostri studi hanno mostrato che PLSCR1 gioca un ruolo essenziale nel limitare l'infezione da SARS-CoV-2 anche senza trattamento con interferone.

Per capire meglio come PLSCR1 limita il virus, abbiamo creato linee cellulari che mancavano di PLSCR1. Abbiamo osservato che queste cellule sono diventate più suscettibili all'infezione rispetto alle cellule con livelli normali di PLSCR1. È importante notare che l'uso di un inibitore specifico ha confermato che la funzione di PLSCR1 avviene indipendentemente dal percorso di segnalazione dell'interferone.

#L'Impatto di PLSCR1 sull'Ingresso del Virus

Abbiamo ipotizzato che PLSCR1 inibisca direttamente un passaggio specifico nel ciclo vitale del SARS-CoV-2, influenzando in particolare come il virus entra nelle cellule. I nostri risultati hanno dimostrato che PLSCR1 è prevalentemente localizzato nella membrana cellulare e la sua assenza ha portato a un aumento dell'ingresso virale.

Curiosamente, quando abbiamo esplorato se la presenza di TMPRSS2 (un altro fattore coinvolto nell'ingresso virale) influenzasse questa restrizione, abbiamo scoperto che PLSCR1 influisce principalmente sulla via di ingresso endocitico del SARS-CoV-2. Questo suggerisce che mirare a PLSCR1 potrebbe essere una strategia potenziale per migliorare le risposte antivirali contro il virus.

#Valutare l'Attività Antivirale in Diversi Virus

Oltre a studiare il SARS-CoV-2, abbiamo valutato gli effetti antivirali di PLSCR1 contro una serie di virus che entrano nelle cellule tramite meccanismi simili. Sorprendentemente, PLSCR1 ha mostrato principalmente forti effetti inibitori sul SARS-CoV-2, indicando il suo ruolo specifico nel combattere questo virus rispetto ad altri.

#Varianti Recenti e Sensibilità di PLSCR1

Con l'evoluzione del SARS-CoV-2, sono emerse nuove varianti, alcune delle quali hanno mostrato una ridotta sensibilità a PLSCR1. Abbiamo trovato che varianti come Omicron hanno mostrato un'efficacia diminuita nel limitare l'ingresso rispetto a ceppi precedenti. Questo indica che man mano che il virus si adatta, può diventare più bravo a eludere le difese dell'ospite.

#Varianti Genetiche e Severità del COVID-19

La nostra ricerca ha esaminato anche le variazioni genetiche in PLSCR1 associate a esiti gravi di COVID-19. Alcune mutazioni nel gene possono portare a una maggiore suscettibilità al virus. Comprendere queste variazioni potrebbe aiutare a identificare le persone a maggior rischio di malattie severe.

#Studiare i Meccanismi di PLSCR1

Anche se i nostri risultati evidenziano l'importanza di PLSCR1 nel limitare l'infezione da SARS-CoV-2, i meccanismi esatti con cui opera rimangono ampiamente inesplorati. La ricerca futura dovrebbe mirare a determinare se PLSCR1 altera la composizione lipidica nei siti di infezione o interagisce con le proteine virali.

#Considerazioni Finali

In sintesi, il nostro studio fa luce sul complicato intreccio tra SARS-CoV-2 e le cellule ospiti, sottolineando il ruolo critico dell'interferone e di specifici ISGs, in particolare PLSCR1, nella lotta contro le infezioni virali. Comprendere questi meccanismi potrebbe portare a migliori trattamenti e strategie per gestire il COVID-19 e altre malattie virali. Inoltre, riconoscere le varianti genetiche che conferiscono suscettibilità può migliorare la nostra capacità di proteggere le popolazioni a rischio nelle future pandemie. Ulteriori ricerche sono necessarie per svelare le complessità dei meccanismi antivirali e delle influenze genetiche sugli esiti della malattia.