科学家淘汰赛所有人类基因识别哪些SARS-CoV-2要求
为SARS-CoV-2识别新的潜在治疗靶点,一组科学家在纽约基因组中心,纽约大学和伊坎在西奈山医学院,执行公司,丧失CRISPR屏幕系统地击倒所有基因在人类基因组中。的团队研究了基因改造使人类肺细胞更耐SARS-CoV-2感染。他们的发现揭示了单个基因和基因调控网络在人类基因组中所需SARS-CoV-2和产生耐药性的病毒感染时抑制。协作的研究描述了一个广泛的基因没有以前被认为是作为SARS-CoV-2治疗靶点。他们的研究发表在了细胞10月24日。
为了更好地理解宿主和病毒基因依赖之间的复杂关系,该团队使用广泛的分析和实验的方法来验证他们的结果。这种综合方法包括基因组编辑、单细胞测序,共焦成像,和计算分析的基因表达和蛋白质组学数据集。研究人员发现,这些新基因目标,当使用小分子抑制(药物),显著降低病毒载量,和一些药物,1000倍。他们的研究结果提供洞察新的治疗方法可能有效的治疗COVID-19和揭示出其潜在的分子靶点的治疗。
“看到的悲剧影响COVID-19在纽约和世界各地,我们觉得我们可以使用高通量CRISPR基因编辑工具,我们已经应用于其他疾病的理解是关键SARS-CoV-2所需的人类基因病毒,”说,这项研究的文章的第二作者,博士内维尔神采,核心教员在纽约基因组中心,生物学助理教授,纽约大学,纽约大学的神经学和生理学助理教授格罗斯曼医学院。以前,娜博士应用全基因组CRISPR屏幕识别不同疾病的基因驱动程序,包括黑素瘤的耐药,免疫治疗失败,肺癌转移,先天免疫,天生的代谢紊乱,肌肉萎缩症。
对于这个项目,基因组编辑只有一半的方程。“我们之前开发的一系列人类冠状病毒感染细胞模型在我们努力理解对病毒的免疫反应。很高兴与内维尔的团队理解和全面概要宿主基因从一个新的角度,”本杰明tenOever博士说,文章的第二作者,Fishberg医学教授,伊坎的学者和教授微生物学,伊坎在西奈山医学院。
研究团队发现顶级基因——那些损失大大减少病毒感染聚集到少数蛋白复合物,包括空泡的atp酶、Retromer,指挥官,Arp2/3和PI3K。这些蛋白复合物参与贩卖蛋白质和细胞膜。
“我们很高兴看到多个基因在同一家庭顶级打在我们的基因组屏幕。这给了我们一个高程度的信心,这些蛋白质家族病毒生命周期的关键,对于进入人类细胞或病毒复制成功,”博士说Zharko Daniloski,在娜实验室的一个博士后,co-first研究》一书的作者。
虽然研究人员执行CRISPR屏幕使用人类肺细胞,该小组还研究需要宿主基因的表达是否lung-specific或更广泛的表达。在顶级的基因中,只有ACE2,已知的受体负责绑定SARS-CoV-2病毒蛋白飙升,显示组织表达,与其它顶级基因达到广泛表达在许多组织,这表明这些机制可能功能独立于细胞或组织类型。利用蛋白质组学数据,他们发现的几个顶级宿主基因直接与病毒的蛋白质相互作用,强调他们在病毒生命周期的核心作用。其他所需的团队分析了常见的宿主基因病毒病原体,如Zika病毒或H1N1大流行性流感。
机械的见解:胆固醇和病毒受体
完成主屏幕后,研究小组使用几种不同的技术验证的作用的许多顶级基因在病毒感染。用人类细胞系来源于肺和其他器官容易SARS-CoV-2感染,他们测量CRISPR病毒感染的基因敲除后,基因抑制利用RNA干扰,或药物抑制。验证这些操作减少病毒感染后,他们接下来试图了解这些基因块的损失机制冠状病毒感染。
使用最新研究技术与单细胞RNA-sequencing夫妇大规模CRISPR编辑(ECCITE-seq),研究小组发现,损失几个顶级基因导致upregulation胆固醇生物合成途径和细胞胆固醇的增加。使用这一观点,他们研究了氨氯地平的影响,一种改变胆固醇的药物。
“我们发现,氨氯地平、钙通道拮抗剂移植细胞胆固醇水平和块SARS-CoV-2感染。因为最近的临床研究也建议病人服用钙通道阻滞剂COVID-19病死率降低,一个重要的未来的研究方向将进一步阐明胆固醇合成途径和SARS-CoV-2之间的关系,“特里斯坦乔丹博士说,tenOever实验室的一个博士后,co-first研究》一书的作者。
基础上以前的工作在突变的蛋白质和病毒通过ACE2受体条目,研究团队还被问及一些基因可能带来阻力损失降低ACE2水平的冠状病毒。他们发现了一个基因,RAB7A,有一个很大的影响细胞膜ACE2贩卖。使用流式细胞仪和共焦显微镜,研究小组表明RAB7A损失防止隔离ACE2受体细胞内病毒进入。
“当前治疗目前SARS-CoV-2感染后病毒本身,但这项研究提供了一个更好的理解宿主基因如何影响病毒进入和将使新的治疗途径的发现,希望加快复苏易感人群,“娜博士说。
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参考:Daniloski Z,约旦T,鞋号H et al。识别所需的宿主因素SARS-CoV-2感染人类细胞。细胞。2020年。doi: 10.1016 / j.cell.2020.10.030。
