В недавнем исследовании, опубликованном на сервере препринтов bioRxiv *, исследователи изучили влияние воздействия коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2) на мозг.

Фон

Нейрокоронавирусная болезнь (COVID) — это термин, который охватывает краткосрочные и долгосрочные неврологические и психические осложнения, связанные с инфекцией SARS-CoV-2. Точное определение молекулярных процессов, лежащих в основе вироиндуцированных изменений головного мозга, затруднено чрезвычайно гетерогенным и изменчивым характером этих симптомов. Несмотря на ограниченную инфекцию, простого воздействия на клетки мозга частиц SARS-CoV-2 достаточно, чтобы вызвать серьезные изменения в организации синапсов, связанные с дисфункцией электрической активности.

Об исследовании

В настоящем исследовании исследователи объяснили вироиндуцированные неврологические заболевания, используя новую парадигму, в которой вирусные частицы физически вмешиваются в транссинаптические структуры, вызывая локальные электрические нарушения.

Команда создала органотипическую культуру ex vivo со срезами лобной и теменной коры после посмертного иссечения головного мозга пациентов, не страдающих COVID, чтобы лучше регулировать влияние воздействия SARS-CoV-2 на мозг человека. Массив трехмерных микроэлектродов измерял функциональную активность культивируемых срезов мозга, поскольку они демонстрировали замечательную спонтанную электрическую активность. Команда использовала 3D-систему, которая воспроизводила эмбриональную кору без микроглии.

Дифференциальную протеомику на основе масс-спектрометрии проводили на одном кортикальном органоиде, инфицированном в присутствии или в отсутствие SARS-CoV-2, для выявления молекулярных изменений, вызванных вирусом. Этот метод позволил команде учесть различную допустимость SARS-CoV-2, наблюдаемую от органоида к органоиду. Команда сначала сравнила посттрансляционные модификации (PTM), обнаруженные в протеомах. Был проведен новый анализ протеомного набора данных одного органоида. Используя органотипические срезы мозга ex vivo , команда исследовала, может ли такой фенотип быть обнаружен в модели с ограниченной синаптической пластичностью.

Полученные результаты

Даже у пациентов с отрицательной виремией крови команда обнаружила небольшое количество вирусной РНК в височной доле, что подтверждает теорию о том, что некоторые вирусы могут проникать в мозг и, возможно, выживать в нем. После срезов коры анатомопатологические исследования выявили снижение плотности нейронов, вероятно, вызванное процессом разрезания. За пределами края среза жизнеспособность нервных клеток в основном сохранялась, а общая тканевая архитектура и клеточный состав среза оставались неизменными.

Thorne Research, витамины D и K2, 25 мкг (1000 МЕ), 30 мл (1 жидк. унция)

Инфицирование ex vivo лобных и теменных срезов головного мозга, инфицированных репортерными вирусами SARS-CoV-2, продемонстрировало, что лишь небольшая часть клеток может быть инфицирована, и вирус не может распространяться дальше в срез после первоначальной инокуляции вируса. SARS-CoV-2 не привел ни к токсичности, ни к значительной дезорганизации тканей. Эти данные показали, что SARS-CoV-2 может инфицировать нервные клетки лишь в ограниченной степени. Однако после первоначального инокулята кинетика репликации вируса стабилизировалась, что делает маловероятным, что эти клетки могут поддерживать производство новых инфекционных частиц.

Церебральные органоиды показали зрелые нейроны, астроциты и нейральные клетки-предшественники. Количественная оценка конфокального изображения выявила значительную гетерогенную допустимость SARS-CoV-2 этой модели, которая варьировалась от легких до тяжелых состояний заражения. Таким образом, исследование подтвердило, что зрелые нейроны проявляют наибольшую допустимость.

Кортикальные органоиды, инфицированные SARS-CoV-2, не проявляли значительной цитотоксичности, апоптоза или нарушения развития органоидов. Хотя органоиды не выделяли никаких новых инфекционных частиц, дальнейший анализ инфекции кортикальных органоидов выявил зависимую от репликации экспрессию вирусного белка N. В целом команда отметила, что области коры головного мозга являются слабо восприимчивым компартментом для SARS-CoV. -2 разброс. Поэтому команда постулировала, что воздействие SARS-CoV-2 на мозг может привести к локальным и временным нарушениям, что соответствует плейотропным и переменным неврологическим симптомам, наблюдаемым у большинства пациентов с COVID-19.

Команда обнаружила, что почти треть из 180 белков, активизировавшихся после заражения SARS-CoV-2, были связаны с синаптосомами. Кроме того, пресинаптический маркер фагота значительно увеличился и удлинился после воздействия SARS-CoV-2, что было подтверждено количественным анализом изображений.

Повышенное количество транссинаптических комплексов в первичных нейронах человека, наблюдаемое после воздействия УФ-инактивированных частиц SARS-CoV-2, показало, что репликация вируса не является необходимой для возникновения возмущений. Примечательно, что сообщалось об увеличении синапсов в отношении синаптического гомеостаза, наблюдаемом после хронической блокады рецепторов α-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолпропионовой кислоты (AMPAR) и рецепторов N-метил-D-аспартата (NMDAR). также называется «синаптический апскейлинг».

Основываясь на локальном полевом потенциале, команда обнаружила, что органоиды, подвергшиеся воздействию SARS-CoV-2, можно легко отличить от их фиктивных аналогов. С точностью более 97% алгоритм, разработанный командой, смог определить, подвергался ли органоид воздействию SARS-CoV-2. Кроме того, до заражения или через 30 минут после заражения те же инфицированные органоиды нельзя было отличить от фиктивных, что свидетельствует о специфичности алгоритма. В целом исследование пришло к выводу, что SARS-CoV-2 вызвал аберрантную синаптическую архитектуру, которая была связана с нарушением электрической синаптической передачи.

Вывод

В целом результаты исследования показали, что SARS-CoV-2 значительно изменил среду синаптосом и нарушил потенциал локального поля. Эти результаты были связаны с удержанием вирусных частиц в синапсах нейронов, что повысило вероятность прямого механизма интерференции между хозяином и патогеном.

*Важное замечание

bioRxiv публикует предварительные научные отчеты, которые не рецензируются экспертами и, следовательно, не должны рассматриваться как окончательные, направляющие клиническую практику/поведение, связанное со здоровьем, или рассматриваться как установленная информация.