Коронавирус старит дофаминовые нейроны

Пациенты с COVID-19 часто испытывают симптомы со стороны нервной системы: аносмия, дисгевзия, головная боль; также встречаются приступы, инсульт и синдром Гийена – Барре. Однако сведения о тропизме SARS-CoV-2 по отношению к нейронам остаются противоречивыми. Исследователи из США, Нидерландов и Италии изучали, как разные типы клеток реагируют на коронавирус. Они показали, что SARS-CoV-2 заражает дофаминовые нейроны среднего мозга (полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток), но не нейроны коры, а также описали молекулярные изменения, происходящие в нейронах в ответ на инфекцию.

Из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток получили дофаминовые нейроны (экспрессирующие NURR1:GFP) и подтвердили их идентичность. Эти клетки экспрессировали ACE2 и заражались псевдовирусом, несущим S-белок SARS-CoV-2.

Дофаминовые нейроны заразили SARS-CoV-2 (USA-WA1/2020), после чего подтвердили, что вирус реплицируется. Через 72 часа были заражены примерно 8% нейронов. Наличие вирусных частиц в клетках подтвердили с помощью ПЭМ. Антитела, блокирующие ACE2, предотвращали заражение.

Авторы секвенировали РНК зараженных клеток. В таких клетках снизилась экспрессия маркеров дофаминовых нейронов: NR4A2 (кодирует NURR1), FOXA2, LMX1A, DKK3 и LMO3. Секвенрование РНК единичных клеток (scRNA-seq) подтвердило наличие вирусных транскриптов, включая SARS-CoV-2-M, SARS-CoV-2-N, SARS-CoV-2-S и SARS-CoV-2-E, и снижение экспрессии нейрон-специфических маркеров. Коронавирус практически не заражал нейроны коры.

В зараженных коронавирусом дофаминовых нейронах повышалась экспрессия маркеров старения. Было выявлено много транскриптов хемокинов/цитокинов и генов, связанных с воспалением. Интересно, что экспрессия генов, связанных со старением, не повышалась в органоидах легких и печени, клетках поджелудочной железы или кардиомиоцитах.

Авторы отметили в зараженных нейронах секреторный фенотип, связанный со старением, с повышением экспрессии CCL2, CCL20, CSF1, CXCL11, GDF15, IGF2R, IL1B, IL6ST, IQGAP1 и TNFRSF11B. Также повысилась активность β-галактозидазы, связанной со старением (SA-β-gal), и липофусцина. Ядра зараженных клеток увеличились. RT-qPCR и scRNA-seq показали, что экспрессия IGFBP7 повысилась при заражении, а экспрессия LMNB1 понизилась. Эти гены связаны со старением в дофаминовых нейронах. Фенотип дофаминовых нейронов подтвердил их старение: в них накапливались лизосомы, нарушалась работа митохондрий и повышалось окисление белков. В нойонах коры не наблюдалось признаков старения.

Чтобы проверить, какие лекарства могут защитить дофаминовые нейроны, авторы провели скрининг библиотеки препаратов, одобренный FDA. Три лекарственных средства — рилузол, метформин и иматиниб — снижали активность SA-β-gal, причем эффект зависел от дозы. Также под влиянием препаратов снизилась экспрессия IGFBP7 и повысилась экспрессия LMNB1. Лизосомы под их действием накапливались не так активно. Эффект препаратов на старение нейронов подтвердили с помощью анализа транскриптома.

Рилузол, метформин и иматиниб снижали содержание вирусной РНК. Они действовали, даже если их добавляли после заражения. Препараты предотвращали старение нейронов, вызванное коронавирусом, блокируя инфекцию SARS-CoV-2. Предположительно, иматиниб не дает вирусу проникнуть в клетку, рилузол подавляет биосинтез жирных кислот, а метформин активирует AMPK-сигналинг (аденозинмонофосфат-активируемая протеинкиназа). Препараты не были цитотоксичными при действии на нейроны в релевантных концентрациях.

Исследователи собрали черное вещество людей, умерших от COVID-19. Секвенирование РНК выявило ту же транскрипционную сигнатуру, что и у дофаминовых нейронов, зараженных коронавирусом, включая хемокины/цитокины, воспаление, гены и секреторный фенотип, связанные со старением. Авторы также продемонстрировали некоторое сходство этого участка мозга пациентов, умерших от коронавирусной инфекции, и болевших болезнью Пракинсона.

Таким образом, исследователи показали чувствительность дофаминовых нейронов к SARS-CoV-2 in vitro, а также воспаление, старение клеток и потенциально дегенеративные процессы у пациентов с COVID-19. Однако они также напоминают о необходимости дальнейших исследований.

SARS-CoV-2 вызывает нейропатологии, заставляя нейроны сливаться