La metodologia GWAS può identificare varianti altamente patogene del COVID-19

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L’utilizzo della metodologia degli studi di associazione genome-wide (GWAS) per analizzare i dati di sequenziamento dell’intero genoma delle mutazioni SARS-CoV-2 e i dati sulla mortalità di COVID-19 possono identificare varianti altamente patogene del virus che dovrebbero essere contrassegnate per il contenimento, secondo Harvard TH Chan School of Public Health e ricercatori del MIT.

Utilizzando questa metodologia biostatistica, i ricercatori hanno individuato una mutazione nella variante nota come P.1 o Gamma , come collegata a un aumento della mortalità e, potenzialmente, a una maggiore trasmissibilità, tassi di infezione più elevati e maggiore patogenicità prima che la variante P.1 fosse stata identificato.

La metodologia del team è descritta online il 23 giugno 2021 sulla rivista Genetic Epidemiology.

“Sulla base della nostra esperienza, la metodologia GWAS potrebbe fornire strumenti adeguati che potrebbero essere utilizzati per analizzare potenziali collegamenti tra mutazioni in posizioni specifiche nei genomi virali e l’esito della malattia”, ha affermato Christoph Lange, professore di biostatistica presso la Harvard Chan School e autore senior del documento . “Ciò potrebbe consentire un migliore rilevamento in tempo reale di nuove varianti deleterie/nuovi ceppi virali nelle pandemie”.

I primi pazienti in Brasile con la variante P.1 sono stati documentati nel gennaio 2021 e in poche settimane la variante ha causato un picco di casi a Manaus, in Brasile. La città era già stata duramente colpita dalla pandemia nel maggio 2020 e i ricercatori pensavano che i residenti della città avessero raggiunto l’immunità della popolazione perché così tante persone nella zona avevano sviluppato anticorpi per il virus durante quell’ondata iniziale.

Invece, P.1, che ha diverse mutazioni nella proteina spike che il virus usa per attaccarsi e invadere una cellula ospite, ha causato una seconda ondata di infezioni e sembrava avere una maggiore trasmissibilità e avere maggiori probabilità di causare la morte rispetto alle varianti precedenti viste nella zona.

Nel settembre 2020, diversi mesi prima che fosse documentato il primo paziente P.1, il team della Harvard Chan School e del MIT ha riproposto la metodologia utilizzata in GWAS, ampiamente utilizzata per collegare determinate variazioni genetiche a malattie specifiche, per mettere in discussione la relativa patogenicità di varie Mutazioni SARS-CoV-2.

Il team ha cercato collegamenti tra ogni mutazione dell’RNA a singolo filamento del virus SARS-CoV-2 e la mortalità in 7.548 pazienti COVID-19. I dati per lo studio provengono dal database dell’iniziativa globale sulla condivisione dei dati sull’influenza aviaria (GISAID), che contiene la sequenza genetica e i relativi dati clinici ed epidemiologici associati a SARS-CoV-2 e ai virus dell’influenza .

I ricercatori hanno trovato una mutazione, al locus 25.088 bp nel genoma del virus, che altera la proteina spike ed è stata collegata a un significativo aumento della mortalità nei pazienti COVID-19. Il team ha contrassegnato la variante con questa mutazione, che è stata successivamente identificata come parte di P.1.

La metodologia biostatistica del team dovrebbe avere applicazioni più ampie oltre alla variante P.1 e SARS-CoV-2, secondo i ricercatori.

“Ci aspettiamo che questo approccio funzioni in scenari simili che coinvolgono altre malattie, a condizione che la qualità dei dati raccolti nei database pubblici sia sufficientemente elevata”, ha affermato Georg Hahn, ricercatore associato e docente di biostatistica presso la Harvard Chan School e co-primo autore di la carta.


Varianti genetiche nello studio della suscettibilità e della gravità del COVID-19
Varianti nei geni correlati al sistema immunitario
Complesso genetico degli antigeni dei leucociti umani
Il sistema immunitario è un meccanismo di difesa complesso ed efficace contro agenti patogeni, come virus e batteri, mediato da cellule e citochine coinvolte nelle risposte immunitarie innate e adattative (31). Gli antigeni dei leucociti umani (HLA) sono proteine ​​codificate dai geni MHC umani, che sono i più altamente polimorfici nel genoma umano. Gli individui mostrano da tre a sei diversi alleli HLA che presentano una distribuzione variabile nelle popolazioni mondiali. La variabilità risultante delle molecole HLA influenza la risposta immunitaria cellulare ai peptidi di agenti patogeni infettivi umani (32, 33). Ad esempio, possono verificarsi infezioni virali croniche se le cellule T CD8+ o CD4+ hanno difficoltà a identificare gli antigeni HLA di classe I o II sulla superficie cellulare o livelli di espressione inferiori delle molecole HLA (34).

Nei pazienti con COVID-19 sono state osservate differenze nella risposta immunitaria dei pazienti con forme lievi e gravi della malattia, compresi i livelli di IgM e IgG (35). Inoltre, un rapporto ha considerato l’impatto della variazione della capacità teorica di legare i peptidi SARS-CoV-2 per spiegare la relazione dell’HLA con l’eterogeneità clinica della malattia (36). Pertanto, questa variabilità del locus potrebbe spiegare la suscettibilità al rischio differenziale tra le popolazioni considerando il ruolo delle molecole HLA nella modulazione della risposta immunitaria a SARS-CoV-2 per identificare i soggetti a rischio e la progettazione di una terapia personalizzata (37).

Uno studio ha valutato gli alleli HLA di classe I e II in 82 individui Han dello Zhejiang con COVID-19. Gli autori hanno riferito che HLA-C 07:29 e -B 15:27 sono stati trovati con una frequenza maggiore tra i pazienti con COVID-19 rispetto ai precedenti controlli analizzati, dopo la correzione con il metodo Benjamini-Hochberg. Altri alleli identificati anche in frequenze diverse tra i gruppi confrontati, ma con test non corretti, includono HLA-C 07:29, -C 08:01G, -B 15:27, -B 40:06, -DRB1 04:06 e – Alleli DPB1 36:01 , che sono stati trovati più frequentemente tra i pazienti che nei controlli; e, -DRB1 12:02 e -DPB104:01 alleli, che erano meno comuni tra gli individui con COVID-19 rispetto al gruppo di controllo (38). Nella popolazione italiana, un’indagine comprendente 99 soggetti trovati associati agli alleli HLA-DRB1 15:01, -DQB1 06:02 e -B 27:07 con suscettibilità al COVID-19 (39); mentre uno studio ecologico suggerisce fortemente un ruolo permissivo di HLA-C 01 e B 44 verso l’infezione da SARS-CoV-2 in tutta Italia (40). Nel frattempo, gli alleli HLA-A 11:01, -B 51:01 e -C 14:02 erano correlati all’esito peggiore tra un campione di popolazione cinese (41).

Per quanto riguarda la gravità della malattia, uno studio che ha coinvolto 72 spagnoli con COVID-19 ha riportato tre alleli HLA associati a una mortalità più elevata (HLA-A 11, -C 01 e -DQB1 04) quando i punteggi del Sequential Organ Failure Assessment (SOFA) e Acute Physiology and Chronic Health Evaluation II (APACHE II) sono stati controllati (42). L’HLA-DRB1 08 è stato correlato con la mortalità di COVID-19 nella popolazione italiana e le analisi di previsione del legame peptidico hanno mostrato che l’allele non era in grado di legare nessuno dei peptidi SARS-CoV-2 con alta affinità (43). L’allele HLA-C*05 è stato anche correlato alla mortalità per COVID-19 in uno studio ecologico (44).

Inoltre, in una recente analisi in silico dell’affinità di legame tra le molecole HLA di classe I e tutti i peptidi SARS-CoV-2, l’ allele HLA-B 46:01 è stato identificato come un biomarcatore di vulnerabilità a causa di siti di legame a bassa previsione. Al contrario, l’HLA-B 15:03 è stato considerato un allele protettore per mostrare la capacità più significativa di presentare peptidi SARS-CoV-2 altamente conservati. Gli alleli HLA-A 25:01 e -C 01:02 erano anche correlati a una bassa capacità prevista per le presentazioni di epitopi SARS-CoV-2, mentre la più alta capacità di presentazione prevista è stata osservata per HLA-A 02:02 e -C 12 :03 alleli (45). In accordo, un altro studio che utilizza reti neurali artificiali ha identificato l’HLA-B 46:01 e l’HLA-A 25:01 come alleli debolmente leganti, mentre l’HLA-A02:02 era uno degli alleli HLA di classe I che presentavano un forte legame con i peptidi selezionati dal virus (46). È interessante notare che anche gli alleli HLA-A 02, tra gli altri alleli di classe I e II, sono stati identificati come molecole funzionali per presentare i peptidi SARS-CoV-2 in uno studio di previsione bioinformatica. In questo stesso ultimo rapporto, è stato eseguito anche uno studio ecologico e l’allele HLA-DRB1*01 è stato trovato associato alla mortalità per COVID-19 in una popolazione messicana; e, sebbene gli autori abbiano affrontato diversi limiti, il risultato deve essere preso con cautela (47).

Tuttavia, altre analisi in silico hanno riportato una possibile associazione di HLA-A 02:01 con un aumento del rischio di COVID-19 e una minore capacità di questo allele di presentare antigeni SARS-CoV-2 rispetto ad altre varianti HLA (48). Questi risultati sembrano essere contraddittori rispetto a quelli menzionati in precedenza, in cui si riteneva che gli alleli HLA-A 02 avessero un’adeguata capacità prevista di presentazione degli antigeni. Pertanto, l’associazione deve essere presa con cautela fino alla pubblicazione dei risultati degli studi clinici.

Per quanto riguarda gli aplotipi HLA, lo studio delle frequenze regionali per i più comuni aplotipi italiani ha riportato che gli HLA-A 01:01-B 08:01-C 07:01-DRB1 03:01 e HLA-A 02:01-B 18: 01-C 07:01-DRB1 11:04 sono stati correlati con l’incidenza e la mortalità di COVID-19, suggerendo rispettivamente aplotipi correlati al rischio e alla protezione (49). In uno studio di associazione condotto su una popolazione sarda, l’aplotipo a tre loci HLA-A 30:02-B 14:02-C*08:02 era più comune tra i pazienti con COVID-19 (50).

La tabella 1 mostra esempi di popolazioni mondiali in cui si trovano frequentemente gli alleli HLA menzionati. Tuttavia, è fondamentale considerare i risultati di una recente pubblicazione in cui è stata osservata la rilevanza dell’omozigosi e dell’eterozigosi degli alleli HLA. Gli autori hanno valutato la sintesi delle proteine ​​del virus dell’influenza e dell’RNA nei linfociti di donatori sierologicamente omozigoti o eterozigoti HLA dopo che le cellule sono state esposte al virus. Hanno scoperto che specifici linfociti HLA-A e HLA-B-omozigoti non sintetizzavano l’RNA o la proteina del virus dell’influenza dopo l’esposizione al virus, suggerendo una resistenza intrinseca all’infezione da virus dell’influenza nelle cellule omozigoti ma non per le cellule eterozigoti HLA (52).

Tabella 1

 Alleli HLA associati alla suscettibilità all’infezione da SARS-CoV-2.

 Alleli HLAPopolazioni in cui l’allele si trova comunemente  a
Alto rischio
-A*25:01Colombia Arhuaco.
-B*46:01Popolazioni cinesi, cinesi di Hong Kong, cinesi della penisola malese, cinesi di Singapore, cinesi di Taiwan Han, Thailandia nord-orientale, cinesi degli Stati Uniti, Vietnam Hanoi Kinh.
 -C*01:02Samoa americane, Kimberly aborigeno australiano, popolazioni cinesi, popolazioni colombiane, cinesi di Hong Kong, popolazioni giapponesi, cinesi peninsulari della Malesia, Messico Chihuahua Tarahumara, Messico Hidalgo, Mezquital Valley/Otomi, Messico Zapotec, Nuova Caledonia, popolazioni della Nuova Zelanda, popolazioni della Papua Nuova Guinea , Corea del Sud, popolazioni taiwanesi, USA Asiatici, USA Hawaii Okinawa, Venezuela Montagna Perja Bari, Vietnam Hanoi Kinh, Bolivia/Perù Quechua, popolazioni Costa Rica.
A basso rischio
 -A*02:02Camerun Bamileke, Israele popolazioni.
 -B*15:03Burkina Faso Rimaibe, Guinea Bissau.
 -C*12:03Azzorre Isola Terceira, Popolazioni tedesche, Grecia, Popolazioni italiane, Libano Misto, Pakistan Burusho, Papua Nuova Guinea Wanigela Keapara, Polonia, Portogallo Azzorre Isola Terceira, Popolazioni spagnole, Sudan Misto, Minoranza cinese Jingpo, Popolazioni colombiane.
Mortalità/gravità
 -LA*11Myanmar, Cina, Thailandia, Taiwan, Giappone, Spagna, Messico, Corea del Sud, Mongolia, Francia, Emirati Arabi Uniti, Iran.
 -B*51:01Italia Nord, Giappone, Cina, Oman, Armenia, Grecia, Cina, Arabia Saudita, Svizzera Lugano, Emirati Arabi Uniti, Portogallo, USA South Dakota Lakota Sioux e North American Native, Germania, Croazia, Serbia, Messico Sonora Seri e Chihuahua, Romania , Cina Guizhou Miao.
 -C*01Cina Wuhan, Giappone, India Kerala Hindu Pulaya, Brasile Parana giapponese, Scozia Orcadi, Thailandia nord-est, Corea del Sud, Norvegia Sami, Perù Arequipa Mestizo, Vietnam Hanoi, Mongolia Oold, Myanmar Mon.
 -C*05Regno Unito, Inghilterra, Francia, Spagna, Galles, Venezuela.
 -C*14:02Giappone Kyoto e Osaka
 -DQB1*04Popolazioni del Messico, Norvegia Sami, Venezuela Zulia Maracaibo Misto, Brasile Guarani Nandeva, Altopiano della Papua Nuova Guinea, Ecuador Amazzonia Ascendenza mista, USA OPTN Ispanico, Russia Siberia Chukchi, Malesia Perak Rawa.
 -DRB1*08Taiwan, Brazil, Mexico, Chile, Sudan, Peru, Burkina Faso, Argentina, India, Japan, Venezuela, Colombia.

a Sono incluse le popolazioni rappresentative con frequenze riportate >0,10. Dati dal database Allele Frequency Net  http://www.allelefrequencies.net/  ( 51 ).

Geni delle citochine
La tempesta di citochine è un processo complesso che è stato difficile da definire e delimitare. Tuttavia, si riferisce a un sistema immunitario andato storto e a una risposta infiammatoria fuori controllo, che è associata a malattie infettive e non infettive con un’ampia varietà di conseguenze nell’organismo (53). Come è stato detto prima, la tempesta di citochine svolge un ruolo cruciale nei casi gravi di COVID-19. SARS-CoV-2 produce l’attivazione di varie cellule immunitarie (ad es. macrofagi, monociti, cellule dendritiche), che porta alla secrezione di diverse citochine, inclusa la citochina proinfiammatoria IL-6 (54). Questa citochina svolge un ruolo centrale nella tempesta di citochine con effetti antinfiammatori e pro-infiammatori promuovendo la proliferazione delle cellule T e la differenziazione delle cellule B, influenzando le proprietà ormonali delle malattie vascolari, il metabolismo lipidico,

Alti livelli di IL-6 possono attivare la via della coagulazione e le cellule endoteliali vascolari ma inibiscono la funzione miocardica (56). Nei pazienti affetti da COVID-19 grave è stato osservato un aumento dei livelli di IL-6 correlato alla prognosi sfavorevole della malattia (57). Sono state riportate diverse varianti geniche in IL6 (HGNC:6018) con espressione differenziale di citochine e con diversi disturbi. L’allele rs1800795 (-174C), così come la variante del promotore rs1800796 (-572C), sono stati associati a livelli plasmatici di IL-6 più elevati (58, 59) e al rischio di infezioni del tratto respiratorio superiore (60-62). Inoltre, entrambe le varianti di IL6 sono state correlate alla prognosi di diversi disturbi come la sepsi (63), la malattia coronarica (64) e il diabete (65). Una terza variante (rs1800797) sul promotore IL6 segnalata (66), e il suo ruolo nello studio della genetica della tempesta di citochine correlata a COVID-19 può essere considerato. Inoltre, sono state previste sette varianti in IL6 (rs140764737, rs142164099, rs2069849, rs142759801, rs190436077, rs148171375, rs13306435) e cinque varianti in IL6R (rs2228144, rs2229237, rs2228145, rs28730735, rs143810642) e l’interazione IL6R che può essere implicato nella patogenesi del COVID-19 e nelle sue complicanze (67).

Sono state riportate anche varianti genetiche nelle regioni regolatorie di altri geni di citochine (68). Ad esempio, sono state descritte varianti non sinonime che interessano le proteine ​​finali di TGF-β e IFN-α, nonché varianti che modificano l’attività trascrizionale di TNF-α, IL-10 e IL-2 (68, 69) . Molte di queste varianti sono state precedentemente correlate alla suscettibilità alle malattie infettive, alla tempesta di citochine e alla trombosi venosa. Le varianti riportate nei geni delle citochine associate a tali eventi e le loro frequenze sono mostrate nella Tabella 2.

Tavolo 2

Frequenza delle varianti alleliche nei geni delle citochine associate alla suscettibilità alle malattie infettive e alle manifestazioni di COVID-19.

Gene della citochinaVarianti studiateRiferimento di frequenza allele  aRif
Suscettibilità alle malattie infettive
IL1Brs16944
g.4490T>C
Europea A= 0,3499
Africana A= 0,5726
Asia orientale A= 0,4692
Asia meridionale A= 0,6000
Americana A= 0,5500
(70)
IL17Ars2275913
g.4849G>C
Europea G= 0,6203
Africana G= 0,9508
Asia orientale G= 0,5069
Asia meridionale G= 0,6200
Americana G= 0,7840
IL6rs1800795
g.4880C>SOL
Europea C= 0,4155
Africana C= 0,0182
Asia orientale C= 0,0010
Asia meridionale C= 0,1390
Americana C= 0,1840
(60–62, 71)
TNFrs1800629
g.4682G>A
Europea G= 0.8658
Africana G= 0.8805
Est Asiatica G= 0,9415
Sud Asiatica G= 0,9470
Americana G= 0,9310
(61, 62)
Trombosi venosa
IL1Brs1143633
g.8890G>A
Europea C= 0,6660
Africana C= 0,8260
Asia orientale C= 0,4613
Asia meridionale C= 0,7480
Americana C= 0,7090
(72)
IL1R1rs3917332
g.102180064A>T
Europea A= 0,1938
Africana A= 0,0825
Asia orientale A= 0,0724
Asia meridionale A= 0,1350
Americana A= 0,1540
IL1RNrs2232354
g.16866T>SOL
Europea T= 0,7962
Africana T= 0,9924
Est Asiatica T= 0,9534
Sud Asiatica T= 0,7900
Americana T= 0,8310
Tempesta di citochine
IL6rs1800796
g.4481G>DO
Europea G= 0,9523
Africana G= 0,8971
Asia orientale G= 0,2093
Asia meridionale G= 0,6050
Americana G= 0,7050
(58, 59)
rs1800797
g.4456A>SOL
Europea A= 0,4076
Africana A= 0,0166
Asia orientale A= 0,0010
Asia meridionale A= 0,1340
Americana A= 0,1840
(66)
FCGR2Ars1801274
g.9541A>G
Europea A= 0,4891
Africana A= 0,4743
Asia orientale A= 0,7222
Asia meridionale A= 0,5810
Americana A= 0,5490
(73)

In una popolazione iraniana, i genotipi di IL1B (HGNC:5992) rs16944 e IL17A (HGNC:5981) rs2275913 sono stati associati a casi di grave influenza A/H1N1 e B, mentre le frequenze di IL10 (HGNC:5962) rs1800872 e IFNL3 (HGNC: 18365) rs8099917 varianti non sono state trovate diverse tra pazienti e controlli (70). Anche la variante TNF (HGNC:11892) rs1800629 è stata associata a variazioni delle corrispondenti citochine e infezioni respiratorie (61, 62).

Per quanto riguarda il rischio di trombosi venosa, sono state valutate 18 varianti a singolo nucleotide in IL1B (HGNC:5992), IL1RN (HGNC:6000), IL1R1 (HGNC:5993) e IL1R2 (HGNC:5994), nonché 25 aplotipi in uno studio caso-controllo comprendente pazienti con trombosi venosa profonda e controlli. Gli autori hanno trovato associate le varianti IL1B rs1143633, IL1R1 rs3917332 e IL1RN rs2232354 con diversi rischi di trombosi venosa e un aumentato rischio trombotico per i portatori omozigoti dell’aplotipo IL1RN 5 GTGTA (rs3181052/rs419598/rs2232354/rs315952/rs315949) (72).

I recettori Fc-gamma (FcγR) sono stati implicati nella stimolazione del rilascio di citochine Fc-dipendente dovuta all’attivazione dei leucociti umani per secernere varie citochine pro-infiammatorie, come GM-CSF, IL-6 e IL-8 (75). Il frammento Fc rs1801274 del gene del recettore IgG IIa (FCGR2A, HGNC:3616) è stato associato a polmonite grave in pazienti con infezione da A/H1N1. Questa variante produce un cambiamento di istidina in arginina in posizione 131 della sequenza amminoacidica. La frequenza di individui omozigoti per il genotipo p.His131 è risultata aumentata nei pazienti con polmonite grave (36,6%) rispetto ai contatti familiari che non hanno sviluppato malattie respiratorie (13,2%). Un altro gene riportato in questo studio era la proteina interagente RPA (RPAIN, HGNC:28641) e la proteina legante C1q del complemento (C1QBP, HGNC:1243) (73).

Inoltre, diversi studi in vivo e in vitro sull’infezione da virus dell’influenza con danno polmonare dovuto alla tempesta di citochine hanno trovato una forte sovraregolazione sulle espressioni geniche delle citochine, come IL6, IL8 (CXCL8, HGNC:6025), CCL2 (HGNC:10618 ), CCL5 (HGNC:10632), CXCL9 (HGNC:7098), e CXCL10 (HGNC:10637); così come un’espressione differenziale dei geni dell’inflammasoma NLRP3 (HGNC:16400) e IL1B (HGNC:5992), dei geni delle citochine TNF e IFNB1 (HGNC:5434) e dei geni del recettore delle citochine TNFRSF1B (HGNC:11917) e IL4R (HGNC:6015 ) (53). Un’indagine ha rilevato errori congeniti del recettore Toll-like 3 (TLR3, HGNC:11849) e del fattore di regolazione dell’interferone 7 (IRF7, HGNC:6122)-dipendente dall’immunità IFN di tipo I correlati alla polmonite COVID-19 potenzialmente letale. Sebbene le varianti genetiche siano state trovate solo nel 3,5% dei pazienti studiati, i risultati hanno suggerito che altre varianti di IFN erano probabilmente implicate nella gravità del COVID-19 e nell’uso dell’IFN di tipo I come potenziale strategia terapeutica in quei pazienti (76). Allo stesso modo, uno studio caso-controllo annidato ha riportato che varianti deleterie di TLR7 (HGNC:15631) sono state trovate nel 2,1% dei maschi gravemente affetti e in nessuno dei partecipanti asintomatici e la corrispondente analisi dell’espressione genica funzionale ha mostrato una riduzione dell’espressione di TLR7 nei pazienti rispetto ai controlli che suggeriscono una compromissione delle risposte IFN di tipo I e II (77).

Vale la pena ricordare che è stata riportata un’ampia variabilità interetnica nelle frequenze delle varianti del gene delle citochine (IL2, IL6, IL10, TNF, TGFB1 e IFNG) (68, 78). Ad esempio, sono state osservate differenze significative nella distribuzione degli alleli IL2 (HGNC:6001) tra africani, caucasici e asiatici. Nel frattempo, gli alleli ad alta espressione di IL6 e IL10 (HGNC:5962) sono stati trovati più frequentemente negli africani, negli ispanici e negli asiatici, rispetto ai caucasici. Inoltre, gli alleli a bassa espressione di IFNG (HGNC:5438) sono stati più comuni tra gli asiatici rispetto ai caucasici (68).

Varianti nei geni codificanti per i recettori umani di SARS-CoV-2
SARS-CoV-2 presenta un’elevata affinità di legame con il recettore ACE2 consentendo l’ingresso del virus nel citosol della cellula ospite attraverso la scissione proteolitica acido-dipendente della proteina S, con un contributo del TMPRSS2 e del CTSL (21). Oltre al suo ruolo nell’infezione da SARS-CoV-2, ACE2 agisce come un regolatore negativo del sistema renina-angiotensina e un facilitatore del trasporto degli aminoacidi. Il sistema ACE2 è un percorso protettivo critico contro l’insufficienza cardiaca con frazione di eiezione ridotta e preservata, inclusi infarto miocardico e ipertensione, malattie polmonari e diabete mellito. Sfortunatamente, la funzione di ACE2 viene persa in seguito al legame di SARS-CoV-2 (79).

L’aumento dei livelli del recettore ACE2 e le due proteasi sono stati associati a condizioni di rischio identificate (ad esempio, aumento dell’età, sesso maschile e fumo) di suscettibilità al COVID-19 e esito clinico (21). Inoltre, sono state descritte varianti genetiche di ACE2 (HGNC:13557) che alterano la sua attività trascrizionale (es. rs2285666, c.439+4G>A) (80, 81). Un primo studio ha trovato frequenze alleliche più elevate di varianti (ad es. rs143695310) associate a un’elevata espressione di ACE2 tra le popolazioni dell’Asia orientale, il che potrebbe suggerire una maggiore suscettibilità agli individui COVID-19 di questa regione (82).

Una recente indagine ha riportato che i determinanti genetici della massima espressione di ACE2 possono essere osservati nelle popolazioni dell’Asia meridionale e dell’Asia orientale, mentre i livelli di espressione più bassi di ACE2 sono stati osservati per gli africani (83). Allo stesso modo, è stata osservata una predisposizione genetica per i livelli di espressione più bassi di TMPRSS2 (HGNC:11876) per gli africani e i più alti per gli asiatici orientali. Inoltre, nello studio sono state riportate differenze significative nei livelli di espressione di TMPRSS2 tra maschi e femmine (83).

Sono state inoltre riportate varianti con potenziale impatto sulla stabilità del recettore. Ad esempio, si prevedeva che tre comuni cambiamenti missenso in ACE2 (p.Asn720Asp, p.Lys26Arg e p.Gly211Arg) interferissero con la struttura e la stabilizzazione delle proteine, mentre si prevedeva che altre due varianti (p.Leu351Val e p.Pro389His) interferire con il legame con le proteine ​​spike di SARS-CoV-2 (84). Allo stesso modo, uno studio che utilizza strumenti basati sul web ha riportato diverse varianti nei geni che codificano proteine ​​correlate all’ingresso di SARS-CoV-2 nelle cellule ospiti: i già citati ACE2 e TMPRSS2, nonché TMPRSS11A (HGNC:27954), ELANE ( HGNC:3309) e CTSL (HGNC:2537). Gli autori hanno trovato 48 varianti in questi geni con possibili conseguenze funzionali e alcune di esse sono state segnalate come condivise tra popolazioni specifiche (85).

Tuttavia, i risultati dell’associazione delle varianti del recettore con la suscettibilità al COVID-19 rimangono controversi. Ad esempio, Hou et al. trovato varianti ACE2 associate, come p.Arg514Gly, nelle popolazioni afro/afroamericane con condizioni cardiovascolari e polmonari dovute all’alterazione delle interazioni angiotensinogeno-ACE2. Inoltre, gli autori hanno identificato varianti in TMPRSS2 (ad es. p.Val160Met, rs12329760) che potrebbero spiegare la suscettibilità al COVID-19 e alcuni fattori di rischio di complicanze come il cancro e il genere maschile (86).

Nel frattempo, uno studio con approcci di modellazione multiscala in combinazione con sequenza e analisi filogenetica ha valutato otto varianti rilevanti situate sulla superficie di interazione di ACE2 (cioè, rs961360700, rs143936283, rs146676783, rs759579097, rs370610075, rs766996587, rs73635825 e rs781255386). Questi SNP sono varianti rare, ad eccezione delle popolazioni europee (non finlandesi) e africane, e nessuno di loro interromperebbe l’interazione di questo recettore con le proteine ​​SARS-CoV-2 (87).

Infine, è stata proposta anche l’implicazione di una variante di delezione/inserimento (D/I, introne 16) di ACE1 (HGNC:2707) nell’espressione di ACE2 e nel decorso clinico di COVID-19 nelle prime fasi della pandemia (88). Tuttavia, studi successivi hanno riportato che questa variante potrebbe essere correlata alla gravità del COVID-19, ma solo se si considera lo stato di ipertensione dei pazienti (89, 90).

Varianti in altri geni correlati alla suscettibilità e alla gravità del COVID-19
Oltre ai geni immunitari e dei recettori SARS-CoV-2, sono state identificate varianti in geni che codificano altre proteine ​​legate alla suscettibilità e alla gravità di COVID-19. Recentemente, sono stati condotti due studi di associazione genome-wide indipendenti (GWAS) tra popolazioni europee (italiane e spagnole) (91) e individui provenienti da Stati Uniti e Regno Unito (92). In entrambi i casi è stata identificata un’associazione dei loci 3p21.31 e 9q34.2 con la gravità del COVID-19.

Il primo studio di Ellinghaus et al. hanno riportato le associazioni di LZTFL1 (HGNC:6741) rs11385942, al locus 3p21.31, e ABO (HGNC:79) rs657152, al locus 9q34.2, con suscettibilità genetica a COVID-19 (91). Nel frattempo, Shelton et al. identificato diverse condizioni non genetiche come fattori di rischio per l’ospedalizzazione e le varianti genetiche LZTFL1 rs13078854 e ABO rs9411378 sono state associate rispettivamente alla gravità dell’esito COVID-19 e alla diagnostica (92). LZTFL1 codifica per la proteina ubiquitariamente espressa come fattore di trascrizione della cerniera leucina 1, ed è fortemente espressa nelle cellule polmonari umane (91).

Tuttavia, nessuna delle pubblicazioni può spiegare il ruolo di questo gene nella suscettibilità o gravità di COVID-19, ma ci sono diversi geni nelle vicinanze nel locus 3p21.31 che potrebbero plausibilmente guidare l’associazione, tra cui SLC6A20 (HGNC: 30927), CCR9 (HGNC:1610), FYCO1 (HGNC:14673), CXCR6 (HGNC:16647) e XCR1 (HGNC:1625) (92).

Il ruolo dell’ABO nella suscettibilità al COVID-19 e nelle manifestazioni cliniche è stato riportato in studi genetici e non genetici. Rapporti precedenti (93-95) e GWAS (91, 92) hanno osservato un rischio più elevato di infezione da COVID-19 tra gli individui con gruppo A rispetto ad altri gruppi sanguigni e una suscettibilità inferiore per il gruppo O. Il gruppo sanguigno ABO è stato precedentemente associato alla suscettibilità alle infezioni di altre malattie come l’influenza, la malaria, la schistosomiasi e la SARS-CoV. Sono state formulate le ipotesi che i gruppi sanguigni possano fungere da recettori e/o co-recettori per batteri, virus e parassiti e che tali antigeni del sangue contribuiscano alla captazione intracellulare, alla trasduzione del segnale o all’adesione (96). Inoltre, è stata proposta l’idea che gli anticorpi naturali legati ai gruppi sanguigni potrebbero contribuire alla risposta immunitaria innata del virus. Tuttavia,

Wang et al. ha anche eseguito un GWAS su 332 pazienti cinesi e un’analisi del pedigree. Gli autori hanno riportato l’associazione con la gravità del COVID-19 del locus genico situato in TMEM189 (PEDS1, HGNC:16735)–UBE2V1 (HGNC:12494), che è coinvolto nella via di segnalazione dell’IL-1. Nell’analisi del pedigree, è stato suggerito un potenziale effetto monogenico delle varianti di perdita di funzione in GOLGA3 (HGNC:4426) e DPP7 (HGNC:14892) quando gli autori hanno cercato varianti rare nelle famiglie in cui è stato osservato un esito clinico differenziale tra fratelli (41) .

Un altro GWAS eseguito su 2.244 pazienti critici con COVID-19 provenienti da unità di terapia intensiva nel Regno Unito ha trovato associazioni significative in diversi loci: in un cluster di geni che codifica per gli attivatori dell’enzima di restrizione antivirale OAS1 (HGNC:8086), OAS2 (HGNC:8087 ) e OAS3 (HGNC:8088); vicino al gene che codifica per la tirosina chinasi 2 (TYK2, HGNC:12440); all’interno del gene che codifica per la dipeptidil peptidasi 9 (DPP9, HGNC:18648); e nel gene del recettore dell’interferone IFNAR2 (HGNC:5433) (97).

I pazienti con COVID-19 critico possono presentare tromboembolia venosa e/o coagulopatie sistemiche come la coagulazione intravascolare disseminata (CID) (13). Questa complicanza è caratterizzata dalla presenza combinata dell’attivazione della via estrinseca della coagulazione e della ridotta attività della proteina C-proteina S e delle vie inibitorie dell’antitrombina (AT), e può presentarsi con fibrinolisi eccessiva o inibita (98). Le caratteristiche cliniche e di laboratorio del DIC nel COVID-19 sono diverse dalla presentazione tipica di queste condizioni ed è necessaria una diagnosi tempestiva per evitare il deterioramento dello scambio di ossigeno polmonare (13).

In questo senso, un marker genetico in grado di predire le complicanze della coagulazione potrebbe aiutare ad avviare un trattamento appropriato. Ad esempio, è stato segnalato il coinvolgimento della lectina legante il mannosio (MBL) e della serina proteasi associata a MBL (MASP)-1/3 nella coagulazione e la sua carenza è stata considerata come un fattore di rischio per DIC durante le complicanze della sepsi; pertanto, le varianti genetiche che producono una diminuzione di queste proteine ​​o della loro attività potrebbero essere correlate positivamente con coagulopatie secondarie a COVID-19 (99).

Inoltre, sono stati identificati altri geni con varianti di rischio per DIC. Nelle vie anticoagulanti, varianti nel gene della proteina C (PROC, HGNC:9451), fattore V Leiden (F5, HGNC:3542) e carenze di AT (SERPINC1, HGNC:775) sono state correlate a una funzione alterata della coagulazione . Mentre le varianti nell’inibitore 1 dell’attivatore del plasminogeno della serpina (SERPINE1, HGNC:8583) potrebbero avere un impatto sui livelli di proteine ​​codificate, che è considerato uno dei principali inibitori della fibrinolisi ed è correlato allo sviluppo di DIC. Inoltre, sono state descritte varianti nei geni del fibrinogeno che promuovono le vie procoagulanti che portano alla formazione di trombi microvascolari in vari organi (98).

collegamento di riferimento: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8047200/


Ulteriori informazioni:  “L’analisi dell’associazione a livello di genoma del rischio di mortalità COVID-19 nei genomi SARS-CoV-2 identifica la mutazione nella proteina spike SARS-CoV-2 che colocalizza con P.1 del ceppo brasiliano”,  Genetic Epidemiology , online giugno 23, 2021.

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