SARS-CoV-2 誘発性神経障害の起源に関する新しい機構的洞察

Study: Trans-synaptic dwelling of SARS-CoV-2 particles perturbs neural synapse organization and function. Image Credit: Illustration Forest/Shutterstock


bioRxiv* プレプリント サーバーに投稿された最近の研究では、研究者は重症急性呼吸器症候群コロナウイルス 2 (SARS-CoV-2) への曝露が脳に及ぼす影響を調査しました。

研究: SARS-CoV-2 粒子の経シナプス滞留は、神経シナプスの組織と機能を混乱させます。 画像著作権: イラストの森/Shutterstock

バックグラウンド

ニューロイコロナウイルス病 (COVID) は、SARS-CoV-2 感染に関連する短期および長期の神経学的および精神的合併症を含む用語です。 ウイルスによって誘発された脳の変化の根底にある分子プロセスの正確な同定は、これらの症状の非常に不均一で変化しやすい性質によって妨げられています。 限られた感染にもかかわらず、脳細胞がSARS-CoV-2粒子にさらされるだけで、機能不全の電気的活動に関連するシナプス組織に大きな変化を引き起こすのに十分です。

研究について

本研究では、研究者は、ウイルス粒子がトランスシナプス構造に物理的に干渉し、局所的な電気的障害を引き起こすという新しいパラダイムを使用して、ウイルス誘発性神経疾患を説明しました。

チームは、人間の脳に対する SARS-CoV-2 曝露の影響をより適切に調節するために、非 COVID 患者の死後脳切除からの前頭葉および頭頂皮質スライスを使用して器官型の ex vivo 培養を作成しました。 3 D 微小電極アレイは、培養脳スライスの機能的活動を測定しました。 チームは、ミクログリアのない胚皮質を複製する 3D システムを採用しました。

ウイルスによって引き起こされる分子変化を検出するために、SARS-CoV-2 の存在下または非存在下で感染した単一の皮質オルガノイドに対して、質量分析に基づく微分プロテオミクスが実行されました。 この方法により、チームは、オルガノイドごとに観察された SARS-CoV-2 の許容範囲の違いを説明することができました。 チームはまず、プロテオームに見られる翻訳後修飾 (PTM) を比較しました。 単一オルガノイド プロテオーム データセットの新しい分析が行われました。 チームは、ex vivo 器官型脳スライスを使用して、シナプス可塑性が制限されたモデルでそのような表現型が検出されるかどうかを調査しました。

結果

血中ウイルス血症が陰性の患者でも、研究チームは側頭葉に少量のウイルス RNA を検出し、一部のウイルスは脳に侵入して生き残ることができる可能性があるという理論を支持しました。 皮質のスライス後、解剖病理学的調査により、おそらく切断プロセスによって引き起こされたニューロン密度の低下が明らかになりました。 スライスの端を越えて、神経細胞の生存率はほとんど保持され、スライスの全体的な組織構造と細胞構成は変化しませんでした。

SARS-CoV-2 レポーター ウイルスに感染した前頭葉および頭頂葉の脳切片の ex vivo 感染は、ごく一部の細胞のみが感染する可能性があり、ウイルスは最初のウイルス接種後にスライスにさらに広がることができないことを示しました。 SARS-CoV-2 は、毒性も重大な組織崩壊ももたらしませんでした。 このデータは、SARS-CoV-2 が限られた範囲でのみ神経細胞に感染できることを示しました。 しかし、最初の接種の後、ウイルスの複製速度は横ばいになり、これらの細胞が新しい感染性粒子の産生をサポートできる可能性は低くなります。

大脳オルガノイドは、成熟したニューロン、星状細胞、および神経前駆細胞を示しました。 共焦点画像の定量化により、このモデルの有意な不均一 SARS-CoV-2 許容性が明らかになりました。これは、軽度から重度の感染状態にまで及びました。 したがって、この研究は、成熟したニューロンが最高の許容性を示したことを確認しました

SARS-CoV-2 に感染した皮質オルガノイドは、有意な細胞毒性、アポトーシス、またはオルガノイドの発達障害を示さなかった。 オルガノイドは新しい感染性粒子を放出しませんでしたが、皮質オルガノイド感染のさらなる分析により、ウイルスタンパク質Nの複製依存性発現が明らかになりました。全体として、チームは、脳の皮質領域がSARS-CoVに対して弱く許容される区画であることに注目しました-2スプレッド。 したがって、チームは、SARS-CoV-2 の脳への曝露が局所的かつ一時的な障害を引き起こす可能性があると仮定しました。これは、COVID-19 患者の大部分で観察される多面的で可変的な神経学的症状と一致していました。

チームは、SARS-CoV-2 感染後にアップレギュレートされた 180 のタンパク質のほぼ 3 分の 1 がシナプトソームに関連していることを発見しました。 また、シナプス前マーカーのファゴットは、SARS-CoV-2 への曝露後にかなりの拡大と延長を示し、定量的画像解析によって強調されました。

UV不活化SARS-CoV-2粒子への曝露後に観察されたヒト一次ニューロンの経シナプス複合体の数の増加は、摂動を引き起こすのにウイルス複製が必要ではないことを示しました. 特に、α-アミノ-3-ヒドロキシ-5-メチル-4-イソキサゾールプロピオン酸受容体(AMPAR)およびN-メチル-D-アスパラギン酸受容体(NMDAR)の慢性的な遮断後に観察されるシナプスの恒常性に関して、シナプスの拡大が報告されています。 「シナプス アップスケーリング」とも呼ばれます。

局所電場電位に基づいて、チームは、SARS-CoV-2 に曝露されたオルガノイドが、対応する模擬のものと容易に区別できることを発見しました。 チームが開発したアルゴリズムは、97% 以上の精度で、オルガノイドが SARS-CoV-2 にさらされたかどうかを判断できました。 さらに、感染前または感染後 30 分では、同じ感染オルガノイドを偽物と区別できなかったため、アルゴリズムの特異性が示されました。 全体として、この研究は、SARS-CoV-2 が異常なシナプス構造を引き起こし、それが電気的シナプス伝達の障害に関連していると結論付けました。

結論

全体として、研究結果は、SARS-CoV-2 がシナプトソーム環境を大幅に変更し、局所電場電位を乱したことを示しました。 これらの発見は、ウイルス粒子がニューロンのシナプスに留まっていることに関連しており、宿主と病原体の直接的な干渉メカニズムの可能性を高めました。

*重要なお知らせ

bioRxiv は、査読されていない暫定的な科学レポートを発行しているため、決定的なものと見なしたり、臨床診療/健康関連の行動をガイドしたり、確立された情報として扱ったりするべきではありません。



Source link