Ученые из Центра сосудистых исследований Института фундаментальных наук Южной Кореи под руководством директора КОН Гоу Янга недавно обнаружили процессы, связанные с самыми ранними стадиями заражения COVID-19. Группа достигла этого путем комбинирования иммунофлуоресцентного окрашивания (IFS) и секвенирования одноклеточной РНК (scRNA-seq) молекул, которые участвуют в процессе проникновения вируса. Благодаря этому Ко и его коллеги определили точную цель коронавируса на клеточном уровне, сравнив результаты субъектов, инфицированных COVID-19, с результатами здоровых людей из контрольной группы.
Сначала исследователи искали присутствие ACE2, TMPRSS2 и FURIN, которые являются преобладающими молекулами, связанными с проникновением SARS-CoV-2, на поверхности различных типов клеток в носовом эпителии. Было обнаружено, что эти белки присутствуют в больших количествах на ресничных клетках. Более того, апикальные (верхние) стороны этих клеток показали более высокие уровни этих молекул по сравнению с базальной (нижней) стороной.
Уровни этих белков были самыми высокими в полностью дифференцированных мультицилийных клетках. С другой стороны, вирусные входные белки не были обнаружены в недифференцированных эпителиальных клетках или секреторных клетках, таких как бокаловидные клетки.
Затем исследователи дополнительно изучили эти назальные эпителиальные клетки с помощью scRNA-seq и визуализировали клетки в различных кластерах с помощью UMAP. Образцы были собраны у 4 пациентов в первый день постановки диагноза COVID-19, которые сравнивались с 2 образцами от здоровых доноров. Было обнаружено, что доля многокомпонентных клеток была значительно снижена в образцах от инфицированных пациентов, в то время как наблюдалось увеличение секреторных клеток и дифференцирующихся клеток.
Это намекало на то, что полицилиальные клетки первыми подверглись атаке и уничтожению вирусом, которые затем были заменены клетками последних типов.
В исследовании также измерялся уровень транскриптов мРНК SARS-CoV-2 в различных типах клеток. Среди всех эпителиальных клеток у пациентов, инфицированных COVID-19, 38% клеток были помечены как клетки SARS-CoV-2hi. До 75% обнаруженных генов в этих клетках имели вирусное происхождение, по сравнению с менее 1% для других кластеров клеток.
Это означает, что эти клетки служат основными фабриками для массового производства вирусов SARS-CoV-2. Хотя было невозможно напрямую идентифицировать эти клетки с помощью последовательности РНК из-за того, что они в основном продуцируют вирусную мРНК, исследователи использовали анализ псевдовременной траектории, чтобы предсказать пути их дифференцировки. Траектория дифференцировки показала, что клетки SARS-CoV-2hi, вероятно, произошли от реснитчатых клеток.
Дальнейший анализ IFS образцов инфицированных пациентов окончательно определил, что до 85% фабрик SARS-CoV-2 на самом деле были мультицилифицированными клетками.
Это исследование позволило определить, что мультицилиндрические клетки в носовом эпителии являются первыми клетками, на которые нацелена ранняя инфекция COVID-19.
Это означает, что нацеливание на эти клетки с помощью специальных методов лечения, таких как назальные спреи, может быть идеальной стратегией для сдерживания инфекции COVID-19 на ранних стадиях.