RIG-I limita la replicazione di SARS-CoV-2 nelle cellule polmonari umane

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Scienziati dell’Università di Hokkaido hanno scoperto una nuova risposta difensiva a SARS-CoV-2 che coinvolge il recettore di riconoscimento del pattern virale RIG-I. La sovraregolazione dell’espressione di questa proteina potrebbe rafforzare la risposta immunitaria nei pazienti con BPCO.

Nei 18 mesi trascorsi dalla prima segnalazione di COVID-19 e dalla diffusione della pandemia, c’è stata una grande quantità di ricerche per comprenderla e sviluppare menas per curarla.

COVID-19 non colpisce allo stesso modo tutti gli individui infetti.

Molti individui sono asintomatici; di coloro che sono sintomatici, la grande maggioranza ha sintomi lievi e solo un piccolo numero ha casi gravi. Le ragioni di ciò non sono completamente comprese e rappresentano un’area importante di ricerca in corso.

Un team di scienziati dell’Università di Hokkaido, guidato dal professor Akinori Takaoka dell’Istituto di medicina genetica, ha dimostrato che RIG-I, una molecola biologica che rileva i virus a RNA, trattiene la replicazione di SARS-CoV-2 nelle cellule polmonari umane. I loro risultati, che potrebbero aiutare a prevedere i risultati dei pazienti COVID-19, sono stati pubblicati sulla rivista Nature Immunology.

Ad oggi, oltre 162 milioni di persone sono state colpite da COVID-19. Circa il 40% -45% di questi individui è asintomatico; per il resto, circa il 35% – 40% ha manifestato una forma lieve della malattia, mentre il restante 19% è stato affetto da sintomi abbastanza gravi da giustificare il ricovero o fatali, che sono solitamente associati a comorbidità e fattori di rischio come broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO). Questa gamma di sintomi indica che ci sono grandi differenze tra le risposte individuali al virus.

Gli agenti patogeni microbici nel nostro corpo vengono rilevati da proteine ​​chiamate recettori di riconoscimento del pattern (PRR), che attivano anche risposte immunitarie a questi agenti patogeni. Le infezioni virali vengono rilevate da un sottoinsieme di PRR; gli scienziati hanno concentrato la loro attenzione sulla proteina RIG-I, che appartiene a questo sottoinsieme. RIG-I è noto per essere fondamentale per il rilevamento e la risposta ai virus a RNA come il virus dell’influenza.

In esperimenti condotti su linee di colture cellulari, gli scienziati hanno scoperto che c’era poca risposta immunitaria innata a SARS-CoV-2 nelle cellule polmonari, suggerendo che la via di segnalazione che porta alla risposta immunitaria era stata interrotta. Tuttavia, la replicazione virale è stata soppressa.

Gli scienziati hanno studiato il ruolo del RIG-I e hanno scoperto che la sua carenza causava una maggiore replicazione virale. Ulteriori esperimenti hanno confermato che la soppressione della replicazione virale dipendeva da RIG-I.

Un singolo studio precedente ha dimostrato che l’espressione di RIG-I è sottoregolata nelle cellule polmonari dei pazienti con BPCO. Utilizzando cellule polmonari primarie di due pazienti con BPCO, gli scienziati hanno dimostrato che questa sottoregolazione del RIG-I ha portato alla rilevazione della replicazione virale dopo 5 giorni.

Hanno anche dimostrato che il trattamento di queste cellule BPCO con acido all-trans retinoico (ATRA), che sovraregola l’espressione di RIG-I, ha ridotto significativamente i titoli virali nelle cellule. Inoltre, utilizzando mutanti RIG-I, sono stati in grado di chiarire i meccanismi mediante i quali RIG-I ha soppresso la replicazione di SARS-CoV-2: il dominio dell’elicasi, un elemento strutturale in RIG-I, interagisce con l’RNA virale, bloccando un virus- enzima derivato responsabile della replicazione.

Questo studio ha dimostrato una modalità di riconoscimento virale unica di RIG-I, denominata meccanismo di difesa anti -SARS-CoV-2 con segnalazione abortiva mediata da RIG-I Ha anche indicato che i livelli di espressione di RIG-I sono uno dei potenziali parametri per la previsione degli esiti del paziente COVID-19.

Ulteriore lavoro deve essere svolto per scoprire fattori o condizioni che modulano i livelli di espressione di RIG-I e possono portare a nuove strategie per controllare l’infezione da SARS-CoV-2.


I coronavirus sono una famiglia di virus con genomi di RNA a filamento singolo particolarmente grandi e un ampio tropismo di specie tra i mammiferi (Graham e Baric, 2010). Recentemente, è stato scoperto che un coronavirus, la sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2 (SARS-CoV-2), è la causa della grave malattia respiratoria nota come malattia da coronavirus 2019 (COVID-19).

È altamente trasmissibile nelle popolazioni umane e la sua diffusione ha provocato una pandemia globale con oltre un milione di morti fino ad oggi (Andersen et al., 2020; Zou et al., 2020). Non comprendiamo appieno le basi molecolari dell’infezione e della patogenesi di questo virus nelle cellule umane. Di conseguenza, c’è un’urgente necessità di comprendere questi meccanismi per guidare lo sviluppo di agenti terapeutici.

SARS-CoV-2 codifica 27 proteine ​​con diversi ruoli funzionali nella replicazione e nel confezionamento dei virus (Bar-On et al., 2020; Wang et al., 2020). Questi includono 4 proteine ​​strutturali: il nucleocapside (N; che lega l’RNA virale) e le proteine ​​dell’involucro (E), della membrana (M) e del picco (S), che sono proteine ​​integrali di membrana.

Inoltre, ci sono 16 proteine ​​non strutturali (NSP1 – NSP16) che codificano per la RNA polimerasi, l’elicasi e altri componenti diretti dall’RNA necessari per la replicazione del virus (da Silva et al., 2020). Infine, ci sono 7 proteine ​​accessorie (ORF3a – ORF8) la cui funzione nella replicazione o nel confezionamento del virus rimane in gran parte insolita (Chen e Zhong, 2020; Finkel et al., 2020).

In quanto parassiti intracellulari obbligati, i virus richiedono ai componenti della cellula ospite di tradurre e trasportare le loro proteine ​​e di assemblare e secernere particelle virali (Maier et al., 2016). Il sistema immunitario innato dei mammiferi agisce per rilevare e bloccare rapidamente l’infezione virale in tutte le fasi del ciclo di vita del virus (Chow et al., 2018; Jensen e Thomsen, 2012; Wilkins e Gale, 2010).

La forma primaria di sorveglianza del virus intracellulare coinvolge la via dell’interferone, che amplifica i segnali derivanti dal rilevamento di componenti virali intracellulari per indurre una risposta sistemica all’interferone di tipo I in caso di infezione (Stetson e Medzhitov, 2006). 

In particolare, le cellule contengono vari sensori di RNA (come RIG-I e MDA5) che rilevano la presenza di RNA virali e promuovono la traslocazione nucleare del fattore di trascrizione IRF3, portando alla trascrizione, traduzione e secrezione di interferone (ad esempio, interferone [IFN] -α e IFN-β). Il legame dell’IFN ai recettori affini della superficie cellulare porta alla trascrizione e alla traduzione di centinaia di geni antivirali.

Per replicarsi con successo, i virus impiegano una serie di strategie per contrastare le risposte antivirali dell’ospite (Beachboard e Horner, 2016). Oltre ai loro ruoli essenziali nel ciclo di vita virale, molte proteine ​​virali antagonizzano anche le funzioni cellulari centrali nelle cellule umane per eludere le risposte immunitarie dell’ospite.

Ad esempio, il citomegalovirus umano (HCMV) codifica per proteine ​​che inibiscono la visualizzazione di classe 1 del complesso principale di istocompatibilità (MHC) sulla superficie cellulare trattenendo le proteine ​​MHC nel reticolo endoplasmatico (Miller et al., 1998), i poliovirus codificano proteine ​​che degradano i fattori di inizio della traduzione (eIF4G) per prevenire la traduzione di mRNA host 5′-capped (Kempf e Barton, 2008; Lloyd, 2006) e l’influenza A codifica una proteina che modula lo splicing dell’mRNA per degradare l’mRNA che codifica per RIG-I (Kochs et al., 2007; Zhang et al., 2018).

La soppressione della risposta IFN è recentemente emersa come un importante determinante clinico della gravità del COVID-19 (Zhang et al., 2020), con la perdita quasi completa dell’IFN secreto che caratterizza i casi più gravi (Hadjadj et al., 2020). La misura in cui SARS-CoV-2 sopprime la risposta IFN è una caratteristica chiave che distingue COVID-19 dalla SARS e dalla sindrome respiratoria del Medio Oriente (MERS) (Lokugamage et al., 2020).

Sono state proposte diverse strategie per il modo in cui i virus correlati che causano SARS e MERS possono dirottare il macchinario della cellula ospite ed eludere il rilevamento immunitario, inclusa la repressione della trascrizione dell’mRNA dell’ospite nel nucleo (Canton et al., 2018), la degradazione dell’mRNA dell’ospite nel nucleo nucleo e citoplasma (Kamitani et al., 2009; Lokugamage et al., 2015) e inibizione della traduzione dell’ospite (Nakagawa et al., 2018). Tuttavia, la misura in cui SARS-CoV-2 utilizza queste o altre strategie e come possono essere eseguite a livello molecolare rimane poco chiara.

Comprendere le interazioni tra proteine ​​virali e componenti delle cellule umane è essenziale per chiarire i loro meccanismi patogeni e per lo sviluppo di agenti terapeutici efficaci. Poiché SARS-CoV-2 è un virus a RNA e molte delle sue proteine ​​codificate sono note per legare l’RNA (Sola et al., 2011), abbiamo ipotizzato che queste proteine ​​virali possano interagire con specifici mRNA umani (intermedi critici nella produzione di proteine) o RNA non codificanti (componenti strutturali critici di diverse macchine cellulari) per promuovere la propagazione del virus.

Qui definiamo in modo completo le interazioni tra ciascuna proteina SARS-CoV-2 e l’RNA umano. Mostriamo che 10 proteine ​​virali formano interazioni altamente specifiche con mRNA o RNA non codificanti (ncRNA), compresi quelli coinvolti nelle fasi progressive della produzione di proteine ​​delle cellule ospiti.

Mostriamo che NSP16 si lega ai domini di riconoscimento dell’mRNA dei componenti RNA U1 e U2 dello spliceosoma e agisce per sopprimere lo splicing globale dell’mRNA nelle cellule umane infettate da SARS-CoV-2. Troviamo che NSP1 si lega a una regione precisa sull’RNA ribosomiale 18S che risiede nel canale di ingresso dell’mRNA del ribosoma 40S iniziale.

Questa interazione porta all’inibizione globale della traduzione dell’mRNA in caso di infezione da SARS-CoV-2 delle cellule umane. Infine, troviamo che NSP8 e NSP9 si legano a regioni discrete sul componente RNA 7SL della particella di riconoscimento del segnale (SRP) e interferiscono con il traffico di proteine ​​alla membrana cellulare in caso di infezione.

Mostriamo che l’interruzione di ciascuna di queste funzioni cellulari essenziali agisce per sopprimere la risposta IFN di tipo I all’infezione virale. I nostri risultati rivelano una strategia multiforme utilizzata da SARS-CoV-2 per antagonizzare i processi cellulari essenziali e sopprimere in modo robusto le difese immunitarie dell’ospite.

link di riferimento: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867420313106


Ulteriori informazioni:  Taisho Yamada et al, RIG-I innesca una difesa anti-SARS-CoV-2 abortiva di segnalazione nelle cellule polmonari umane,  Nature Immunology  (2021). DOI: 10.1038 / s41590-021-00942-0

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