Анализ динамики экспрессии генов у пациентов с острым COVID-19 и в период восстановления

Массовые заражения ранее неидентифицированным вирусом SARS-CoV-2 стали потрясением для мировой системы здравоохранения, а также вызовом для мировой науки. В то время как многие исследования сфокусировались на клинических проявлениях заболевания и методах его лечения, понимание молекулярных и генетических аспектов инфекции оказалось критически важным для понимания патогенетических механизмов взаимодействия хозяина и патогена. Особое внимание исследователями уделялось вопросам экспрессии генов и их регуляции в ответ на инфицирование SARS-CoV-2. В частности, авторами было проведено исследование экспрессии генов в рамках проекта «COVID-19: Научно-технологическое обоснование системы реагирования на распространение новых респираторных инфекций, включая коронавирусную инфекцию», результаты которого представлены в статье [1].

Вариации в экспрессии генов TLR 3 (Toll-Like receptor), TLR 7, TLR 4, ACE 2 (Angiotensing  converting enzyme), TMPRSS 13 (Transmembrane serine protease), INF-Ɣ (Interferon gamma) и IL 4 (Interleukin) были выявлены во всех исследованных группах, включая те, которые были оценены через шесть месяцев после восстановления.

Механизм защиты иммунной системы включает в себя вовлечение сигнальных путей toll-подобных рецепторов, которые контактируют с вирусными частицами. Более того, увеличение экспрессии ACE2 демонстрирует многофункциональную роль в качестве ворот для проникновения Sars-Cov-2 в клетки и активации реакций врожденного иммунитета. Тем не менее, повышенная регуляция INF-α и IL-4 как провоспалительных цитокинов способствовала инициации и прогрессированию цитокинового шторма. Таким образом, изменение экспрессии генов TLR 3, TLR 7, TLR 4, ACE 2, TMPRSS 13, INF-Ɣ, IL 4 наблюдалось во всех исследуемых группах, включая пациентов, наблюдаемых спустя 6 месяцев. Молекулярное понимание реакции хозяина на вирус может дать представление о патофизиологии заболевания и потенциальных терапевтических мишенях.

1. Референдум на проект COVID-19: Научно-технологическое обоснование системы реагирования на распространение новых респираторных инфекций, включая коронавирусную инфекцию BR11065386 //https://is.ncste.kz/object/view/65386 (дата обращения: 16.02.2024)

2. Aboudounya M. M. COVID-19 and Toll-Like Receptor 4 (TLR4): SARS-CoV-2 May Bind and Activate TLR4 to Increase ACE2 Expression, Facilitating Entry and Causing Hyperinflammation / M. M. Aboudounya, R. J. Heads //Mediators Inflamm. – 2021. – P. 8874339.

3. Alexopoulou L. Recognition of doublestranded RNA and activation of NF-kappaB by Toll-like receptor 3 /L. Alexopoulou, A. C. Holt, R. Medzhitov // Nature. – 2001. – V. 413, No. 6857. – P. 732-738.

4. Blanco-Melo D. Imbalanced Host Response to SARS-CoV-2 Drives Development of COVID-19 / D. Blanco-Melo, B. E. Nilsson-Payant, W. C. Liu // Cell. – 2020. – V. 181, No. 5. – P.1036-1045.

5. Fuentes-Prior P. Priming of SARS-CoV-2 S protein by several membrane-bound serine proteinases could explain enhanced viral infectivity and systemic COVID-19 infection //J. Biol. Chem. – 2021. – V. 296. – P. 100135.

6. Grimm L. Immune Dysregulation in Acute SARS-CoV-2 Infection /L. Grimm, C. Onyeukwu, G. Kenny //Pathog Immun. – 2023. – V. 7, No. 2. – P. 143-170.

7. Hadjadj J. Impaired type I interferon activity and inflammatory responses in severe COVID-19 patients /J. Hadjadj, N. Yatim, L. Barnabei //Science. – 2020. – V. 369, No. 6504. – P. 718-724.

8. Hoffmann M. SARS-CoV-2 Cell Entry Depends on ACE2 and TMPRSS2 and Is Blocked by a Clinically Proven Protease Inhibitor /M. Hoffmann, H. Kleine-Weber, S. Schroeder //Cell. – 2020. – V. 181, No. 2. – P. 271-280.

9. Joyce D. A. IL-4, IL-10 and IFN-gamma have distinct, but interacting, effects on differentiationinduced changes in TNF-alpha and TNF receptor release by cultured human monocytes /D. A. Joyce, J. H. Steer //Cytokine. – 1996. – V. 8 (1). – P. 49-57.

10. Kawai T. The role of pattern-recognition receptors in innate immunity: update on Toll-like receptors /T. Kawai, S. Akira //Nat. Immunol. – 2010. – V. 11, No. 5. – P.373-384.

11. Kawai T. Toll-like receptor and RIG-Ilike receptor signaling /T. Kawai, S. Akira //Ann. N. Y. Acad. Sci. – 2008. – V. 1143. – P. 1-20.

12. Khanmohammadi S. Role of Toll-like receptors in the pathogenesis of COVID-19 / S. Khanmohammadi, N. Rezaei //J. Med. Virol. – 2021. – V. 93, No. 5. – P. 2735-2739.

13. Kishimoto M. TMPRSS11D and TMPRSS13 Activate the SARS-CoV-2 Spike Protein /M. Kishimoto, K. Uemura, T. Sanaki //Viruses. – 2021. – V. 13, No. 3. – P. 384.

14. Laing A. G. A dynamic COVID-19 immune signature includes associations with poor prognosis /A. G. Laing, A. Lorenc, I. Del Molino Del Barrio //Nat. Med. – 2020. – V. 26, No. 10. – P. 1623-1635.

15. Larionova R. SARS-Cov2 acute and postactive infection in the context of autoimmune and chronic inflammatory diseases /R. Larionova, K. Byvaltsev, О. Kravtsova //J. Transl. Autoimmun. – 2022. – V. 5. – P.100-154.

16. Li M. Y. Expression of the SARS-CoV-2 cell receptor gene ACE2 in a wide variety of human tissues /M. Y. Li, L. Li, Y. Zhang //Infect Dis Poverty. – 2020. – V. 9, No. 1. – P. 45.

17. Paul W. E. What determines Th2 differentiation, in vitro and in vivo? //Immunol Cell Biol. – 2010. – V. 88, No. 3. – P. 236-239.

18. Queiroz M. A. F. Cytokine Profiles Associated With Acute COVID-19 and Long COVID-19 Syndrome /M. A. F. Queiroz, P. F. M. D. Neves, S. S. Lima //Front Cell Infect Microbiol. – 2022. – V. 12. – P. 922422.

19. Root-Bernstein R. Innate Receptor Activation Patterns Involving TLR and NLR Synergisms in COVID-19, ALI/ARDS and Sepsis Cytokine Storms: A Review and Model Making Novel Predictions and Therapeutic Suggestions //Int. J. Mol. Sci. – 2021. – V. 22, No. 4. – P. 2108.

20. Scala S. Fighting the Host Reaction to SARS-COv-2 in Critically Ill Patients: The Possible Contribution of Off-Label Drugs /S. Scala, R. Pacelli // Front Immunol. – 2020. – V. 11. – P. 1201.

21. Schroder K. Interferon-γ: an overview of signals, mechanisms and functions /K. Schroder, P. J. Hertzog, T. Ravasi //J. Leukoc. Biol. – 2004. – V. 75, No. 2. – P. 163-189.

22. Silva M. J. A. Adaptive immunity to SARS-CoV-2 infection: A systematic review / M. J. A Silva, L. R. Ribeiro, K. V. B Lima //Front Immunol. – 2022. – V. 13. – P. 1001198.

23. Simpson D. S. Interferon-γ primes macrophages for pathogen ligand-induced killing via a caspase-8 and mitochondrial cell death pathway / D. S. Simpson, J. Pang, A. Weir //Immunity. – 2022. – V. 55, No. 3. – P. 423-441.

24. Su Y. Multiple early factors anticipate postacute COVID-19 sequelae /Y. Su, D. Yuan, D. G. Chen //Cell. – 2022. – V. 185, No. 5. – P. 881-895.

25. Todorović-Raković N. Between immuno modu lation and immunotolerance: The role of IFNγ in SARS-CoV-2 disease /N. Todorović-Raković, J. R. Whitfield //Cytokine. – 2021. – V. 146. – P. 155637.

26. Totura A. L. SARS coronavirus pathogenesis: host innate immune responses and viral antagonism of interferon /A. L. Totura, R. S. Baric //Curr. Opin. Virol. – 2012. – V. 2, No. 3. – P. 264-275.

27. Vaz de Paula C.B., de Azevedo M.L.V., Nagashima S., Martins A.P.C., Malaquias M.A.S., Miggiolaro A.F.R.D.S., da Silva Motta Júnior J., Avelino G., do Carmo L.A.P., Carstens L.B., de Noronha L. IL-4/IL-13 remodeling pathway of COVID-19 lung injury // Sci Rep. – 2020. – Vol. 10(1). – P.18689.

28. Zou X. Single-cell RNA-seq data analysis on the receptor ACE2 expression reveals the potential risk of different human organs vulnerable to 2019nCoV infection /X. Zou, K. Chen, J. Zou //Front Med. – 2020. – V. 14, No. 2. – P. 185-192.