потенциально нейротоксичные фрагменты белка SARS-CoV-2

Коронавирус 2 тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV-2), вирус, ответственный за коронавирусное заболевание 2019 (COVID-19), в первую очередь поражает органы дыхания, где он реплицируется в этих эпителиальных клетках, повреждая и впоследствии убивая их. . Это приводит к широко распространенному воспалению и иммунным нарушениям, включая такие проблемы, как цитокиновый шторм.

Помимо этих побочных эффектов COVID-19, многие пациенты также сообщают о неврологических симптомах, таких как потеря памяти, проблемы с психическим здоровьем, а также когнитивные и психологические нарушения. Эти симптомы чаще всего наблюдаются у пациентов с «пролонгированным COVID», когда симптомы сохраняются еще долгое время после первоначального заражения.

Стадион: Нейротоксические амилоидогенные пептиды, идентифицированные в белке SARS-CoV2: потенциальные последствия для неврологических симптомов при COVID-19.. Кредит изображения: Катерина Кон / Shutterstock.com

В недавнем исследовании, опубликованном на сервере препринтов bioRxiv*, Исследователи из Университета Ла-Троб исследуют потенциально нейротоксичные фрагменты пептида амилоидогена, пытаясь объяснить некоторые неврологические симптомы, связанные с COVID-19 и пролонгированным COVID-19.

об обучении

В текущем исследовании исследователи использовали два разных алгоритма для прогнозирования пептидных последовательностей, которые показали тенденцию к образованию бета-богатых пулов амилоидов. TANGO — это алгоритм, используемый для прогнозирования областей сборки ядер в разворачивающихся полипептидных последовательностях, предполагая, что области сборки расположены внутри гидрофобного ядра, в то время как ZIPPER прогнозирует гексапептиды в более крупной полипептидной последовательности.

Когда инструмент ZIPPER был применен к открытому окну чтения 6 (ORF-6), он показал более десяти вариантов из шести оставшихся окон. Он также был сужен с помощью алгоритма TANGO, в результате чего оставались две области, которые, как ожидается, будут очень уязвимы для агрегации, включая I14LLIIMR и D30YIINLIIKNL.

ILLIIM был выбран в качестве первого кандидата, потому что он очень похож на последовательность лизоцима куриного яичного белка, который также является высокоамилоидогенным. Графики TANGO для ORF-10 показывают, что основная последовательность сборки представляет собой остаток F11TIYSLLLC; Однако ZIPPER не подтвердил это.

Затем исследователи выбрали октапептид R24NYIAQVD из-за пары цвиттерионных остатков RD, которая, по-видимому, сильно усиливает связывание пептида. Гексапептид в составе RNYIAQVD был предсказан ZIPPER как высокоамилоидный. Тогда ученые решили изготовить и протестировать RNYIAQVD и ILLIIM.

Полученные результаты

Атомно-силовая микроскопия (АСМ) и электронная микроскопия (ПЭМ) показывают, что оба пептида могут собираться в игольчатые кристаллические кластеры менее чем за 2 часа при больших концентрациях. Оба пептида имеют тенденцию накладываться друг на друга с образованием многослойных неволокнистых структур, что чаще встречается в RNY1AQVD, чем в ILLIIM.

Длина ILLIM составляет от 4 до 9 нм (нм), а средняя высота RNY1AQVD составляет 5,5 нм. ИЛЛИИМ также очень широкий и составляет около 2-3 микрон в длину.

Статистический анализ ширины волокон и контурной длины показал, что оба пептида демонстрируют неоднородное распределение ширины фибрилл и двухфазное распределение длин с двумя широкими подгруппами, сосредоточенными вокруг 1 и 3 мкм (мкм). Амилоидная природа двух ансамблей дополнительно подтверждается спектрами широкоугольного рассеяния рентгеновских лучей (WAX), поскольку оба пептида обладают рядом сильно искаженных пиков Брэгга, включая отчетливый пик при 1,38A-1, который соответствует d- расстояние A, которое указывает на агрегацию амилоида из расширенных бета-листов.

Исследователи утверждают, что их гипотеза о том, что эти два вирусных фрагмента токсичны для нейронов человека, подтверждается их выводами. Этот нейротоксический потенциал был подтвержден предыдущими сообщениями о расширенных нейрозащитных возможностях SARS-CoV-2, а также сходством симптомов с болезнью Альцгеймера и предыдущим открытием любых пулов амилоидов, вызванных другими вирусами.

Цитотоксические анализы пептидов против линии клеток нейробластомы человека (SH-SY5Y) показали, что обе группы были высокотоксичными после 48 ч инкубации с целевым пептидом. Было замечено, что концентрации всего 0,05 / 0,04 ммоль (мм) убивают более 50% клеточных линий, которые часто используются в качестве модельной клеточной линии для изучения нейродегенеративных расстройств.

Анализы цитотоксичности сборок RNYIAQVD и ILLIIM в диапазоне концентраций. Планки погрешностей представляют 1 стандартное отклонение. Статистический анализ выполнен односторонним дисперсионным анализом со сравнением Тьюки. NS = нет статистической значимости, ** = p <0,0005, *** = p <0,0001.

Выводы

Ученые призывают к дальнейшему исследованию наличия скоплений амилоида SARS-CoV-2 в центральной нервной системе (ЦНС) пациентов с COVID-19 и предполагают, что они могут быть причиной некоторых неврологических симптомов, наблюдаемых у этих пациентов. Это могло бы объяснить некоторые из симптомов, наблюдаемых при «длительном COVID», поскольку пациенты имеют множество симптомов, включая длительную потерю обоняния, усталость, депрессию, беспокойство, шум в ушах и боль в ушах.

Эта информация может помочь информировать медицинских работников и исследователей, а также может привести к лечению или профилактическому лечению, чтобы помочь предотвратить развитие этих симптомов у других.

*Важная заметка

bioRxiv публикует первичные научные отчеты, которые не были рецензированы и поэтому не должны считаться окончательными, руководить клинической практикой / поведением, связанным со здоровьем, или рассматриваться как установленная информация