SARS-CoV-2が免疫システムに与える影響
研究では、SARS-CoV-2が免疫検出をどうかわし、反応にどう影響するかを調べてるよ。
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COVID-19パンデミックはSARS-CoV-2というウイルスによって引き起こされた。このウイルスは全世界で7億7200万人以上に影響を与え、2023年12月までに約700万人の死者を出した。SARS-CoV-2は非常に簡単に広がり、時間とともに変化して、より感染力の強い新しい変異株が生まれた。このウイルスはACE2という受容体を通じて私たちの細胞に入るんだ。これは呼吸器系や腸系に存在してる。中に入ると、肺や他の臓器を傷つけて、急性呼吸窮迫症候群(ARDS)、肝臓や腎臓の損傷、血液凝固の問題などの深刻な問題を引き起こす。
SARS-CoV-2ウイルスは大きなリボ核酸(RNA)ゲノムを持っていて、それがどのように繁殖するか、必要なさまざまなタンパク質について指示を出している。主要な構造タンパク質が4つあって、ウイルスが生き延びて増殖するのを助ける他のたくさんのタンパク質もある。これらのタンパク質の中にはウイルスの複製に重要なものもあれば、役割が異なるものもある。みんなでウイルスが宿主を傷つける方法や、私たちの免疫システムに影響を与える大きな役割を果たしている。
SARS-CoV-2に対する免疫反応
私たちの体にはウイルスに対抗する防御機構、免疫反応があって、これにはインターフェロン(IFNs)というタンパク質が含まれている。IFNαやIFNβのようなタイプIインターフェロンは、ウイルス感染が検出されると細胞で生成される。研究によると、重症COVID-19患者ではこれらのタンパク質のレベルが低いことが多いんだ。ある場合では、鼻の中のウイルスの量が多いとインターフェロンのレベルが低いことが関連付けられていて、免疫反応に問題があることを示している。
SARS-CoV-2はこの免疫反応を回避する方法がいくつかあって、インターフェロンの生成や信号をブロックすることが含まれている。つまり、ウイルスがより簡単に複製できて、より大きな害を引き起こすってこと。SARS-CoV-2のタンパク質が免疫反応、特にインターフェロン反応をどう妨害するかの具体的な方法はまだ研究中なんだ。最近の発見では、いくつかのウイルスタンパク質が私たちの免疫細胞の一部と相互作用していて、それが免疫反応を弱める可能性があるってこと。
ウイルスタンパク質の研究
SARS-CoV-2が私たちの免疫システムにどのように影響を与えるかをよりよく理解するために、研究者たちはそのタンパク質を調べてる。彼らは特定のタンパク質に変異を持つ異なるウイルスのバージョンを作った。これらの変異ウイルスを研究することで、各タンパク質が免疫反応にどのように影響を与えるかを見ることができるんだ。
実験室のテストで、特定のウイルスタンパク質がインターフェロンの生成と活性を抑制することがわかった。例えば、いくつかのタンパク質はインターフェロンが仕事をするのを可能にするシグナル経路を止めることが示されている。このことは、これらのタンパク質がウイルスが免疫反応を回避するのを助けている役割を果たしていることを意味する。
樹状細胞への影響
樹状細胞は私たちの免疫システムの重要な部分で、T細胞や他の免疫反応を活性化するのを助ける。研究者たちがさまざまな変異ウイルスがこれらの細胞にどのように影響を与えるかを見たとき、いくつかの変異ウイルスが野生型ウイルスよりも樹状細胞の成熟を促進したことがわかった。これは、ウイルスが免疫反応に干渉しない場合、または特定の変異がある場合、免疫システムがより良く機能する可能性があることを示唆している。
遺伝子発現の変化
研究者たちはまた、さまざまなSARS-CoV-2のバージョンが宿主細胞の遺伝子発現にどのように影響を与えるかを調べた。野生型ウイルスに感染した細胞では、1,500以上の遺伝子が活性化され、その多くは免疫反応と関連している。科学者たちがこれを変異ウイルスに感染した細胞と比較したところ、異なる遺伝子発現のパターンが見つかった。
いくつかの変異は免疫反応を活性化するのを助ける遺伝子の増加をもたらし、体がより効果的に反応していることを示唆している。一方、他の変異は免疫防御遺伝子のダウンレギュレーションを引き起こし、ウイルスが免疫機能を抑制するのが得意であることを示している。
マウス研究
研究者たちはマウスを使った研究を行って、これらの変異が病気の重症度にどのように影響を与えるかを見た。実験では、元のウイルスに感染したマウスは高い死亡率を示し、一方で変異ウイルスに感染したマウスは死亡率が低かった。これは、特定のウイルスタンパク質、特にNSP1とNSP15がウイルスが宿主に与える影響の大きさに重要な役割を果たすことを示している。
感染したマウスは体重の減少や臨床症状を観察され、変異ウイルスに感染したマウスは一般的に野生型ウイルスに感染したマウスと比較して症状や体重の減少が少なかった。これは、ウイルスの変化がその病原性に影響を与えることを示している。
病理学的検査
感染したマウスの肺組織を検査した結果、元のウイルスは重大な損傷を引き起こしたが、変異ウイルスは軽度の病変につながった。これは組織学的研究によっても裏付けられ、変異ウイルスに感染したマウスでは肺組織への炎症反応や損傷がより軽度であることがわかった。
トランスクリプトーム分析
高スループットシーケンシング技術を使って、研究者たちは感染したマウスの肺からRNAを分析した。彼らは遺伝子発現プロファイルの変化を観察し、変異ウイルスに感染したマウスでは免疫反応に関連する遺伝子が多く活性化されていた。このことは、これらの変異が免疫システムをより効果的に反応させ、病気の重症度を低下させる可能性があることを示唆している。
主な発見
インターフェロン反応:この研究は、SARS-CoV-2がインターフェロン反応を抑制するための複数のタンパク質戦略、特にNSP1とNSP15を持っていることを強調している。
免疫細胞への影響:ウイルスタンパク質の変異は、強力な免疫反応に必要な樹状細胞の成熟に影響を与える。
遺伝子発現:ウイルスのさまざまな変異が免疫反応に関連する遺伝子発現に大きな変化をもたらし、一部の変異が免疫システムのウイルスへの戦いをより効果的にする可能性を示している。
マウスモデルからの洞察:マウスモデルでは、特定の変異が感染の重症度を軽減し、より良い免疫反応と組織へのダメージを減らす可能性があることを示唆している。
病理学:肺組織の検査で、変異ウイルスは野生型に比べて損傷が少なく、炎症や病理が軽度であることが確認された。
結論
この研究はSARS-CoV-2が私たちの免疫システムとどのように相互作用し、免疫検知を回避するためにどのようなメカニズムを使うかについての重要な洞察を提供している。発見は、一部のウイルスタンパク質が重要な免疫機能を抑制し、COVID-19の重症度に寄与していることを示唆している。これらの相互作用を理解することは、COVID-19に対する治療法やワクチンの開発にとって重要であり、特定のタンパク質の免疫回避における役割を特定することは、ウイルスと戦うためのより効果的な戦略につながるかもしれない。
今後の研究では、SARS-CoV-2のタンパク質が免疫反応やウイルスの病原性に与える影響の全容を探る必要がある。これは、免疫反応を改善し、COVID-19が公衆衛生に与える影響を軽減する革新的な治療アプローチにつながる可能性がある。
タイトル: Multiple layers of innate immune response antagonism of SARS-CoV-2
概要: Several SARS-CoV-2 proteins have been shown to counteract the host innate immune response, mostly using in vitro protein expression, which may not fully reflect their role in the context of viral infection. In addition, while each viral protein was characterized in a different experimental system, their relative contribution in immunosuppression remains unclear. Here we used a SARS-CoV-2 bacterial artificial chromosome with en passant mutagenesis to recover a panel of twelve infectious recombinant SARS-CoV-2 viruses, each with mutations in either NSP1, NSP2, NSP3, NSP6, NSP12, NSP13, NSP14, NSP15, NSP16, ORF3a, ORF6 or ORF8. We used the interferon-stimulated response element (ISRE)-driven luciferase assay in 293T-ACE2/TMPRSS2 cells to test the panel, demonstrating that mutations in many proteins, especially in NSP1 and NSP15, increased the type I interferon response relative to the parental wild-type virus. RNA-seq analysis of mutant-virus infected Calu-3 cells showed that the mutations in NSP1 or NSP15 lead to higher expression of multiple genes involved in innate immune response, cytokine-mediated signaling and regulation of lymphocyte proliferation. Furthermore, mutations in either NSP1 or NSP15 resulted in a greater maturation of human monocyte-derived dendritic cells in vitro. Infection of K18 hACE2 transgenic mice with either NSP1 or NSP15 mutated viruses demonstrated attentuated respiratory tract replication. Analysis of lung immune cells from infected mice by single-cell RNA-seq identified 15 populations of major myeloid and lymphoid cells with changes in the pattern of their activation associated with viral infection. The effects of mutations in NSP1 or NSP15 on these responses are consistent with differences in the immunosuppressive mechanisms utilized by the two proteins. Overall, these data demonstrate different and redundant mechanisms of innate immune antagonism by SARS-CoV-2 and suppression of activation of antigen presenting cells and T and B lymphocytes mediated by multiple viral proteins. AUTHOR SUMMARYThe mechanisms by which SARS-CoV-2 and its proteins modulate host immunity, specifically the interferon response, are still not clear. We generated twelve infectious SARS-CoV-2 viruses with mutations in individual proteins and demonstrated that many of them have interferon-antagonizing activity and immunosuppressive effects in human cells and in the K18 hACE mouse model of infection. We idemtified distinct and redundant mechanisms of immunosuppression of SARS-CoV-2 mediated by multiple individual viral proteins, with 9 out of the 12 tested proteins showing some immunosuppressive effect in at least one experimental system. The demonstrated immunosuppressive effects extend from the innate response to immune cells to pathologic changes in vivo. Importantly, this work shows, for the first time, a comparison of the effects of multiple viral proteins in the context of authentic viral infection, rather than in a surrogate system, and shows the relative contribution of each viral protein under identical experimental conditions. Overall, our data indicates that SARS-CoV-2 antagonizes multiple immune mechanisms, particularly type I interferon signaling, activation of innate immune cells and T and B lymphocyte functions with the greatest effects due to NSP1 and NSP15.
著者: Alexander Bukreyev, F. Zhou, S. Periasamy, N. Jackson, W. S. Cheng, R. Soto Acosta, P. Ilinykh, C. Ye, S. Chauhan, G. Nudelman, E. Zaslavsky, S. Widen, L. Martinez-Sobrido, S. Sealfon
最終更新: 2024-01-29 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.01.29.577695
ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.01.29.577695.full.pdf
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
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