Breaking News

Wawasan Mekanistik Baru Tentang Asal Mula Gangguan Neurologis yang Diinduksi SARS-CoV-2

Dalam sebuah penelitian baru-baru ini yang diposting ke preprint server bioRxiv*, para peneliti mengeksplorasi efek paparan severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) pada otak.

Latar belakang

Penyakit Neuroicoronavirus (COVID) adalah istilah yang mencakup komplikasi neurologis dan mental jangka pendek dan panjang yang terkait dengan infeksi SARS-CoV-2. Identifikasi yang akurat dari proses molekuler yang mendasari perubahan otak yang viro-induced brain alterations yang sangat heterogen dan dapat berubah dari gejala-gejala ini. Meskipun infeksi terbatas, paparan sel-sel otak terhadap partikel SARS-CoV-2 saja sudah cukup untuk menyebabkan perubahan besar dalam organisasi sinaps yang terkait dengan aktivitas listrik yang tidak berfungsi.

Tentang studi

Dalam penelitian ini, para peneliti menjelaskan penyakit saraf yang viro-induced menggunakan paradigma baru di mana partikel virus secara fisik akan mengganggu struktur trans-sinaptik, menghasilkan gangguan listrik lokal.

Tim menciptakan kultur ex vivo organotipik dengan irisan korteks frontal dan parietal dari eksisi otak post-mortem pasien non-COVID untuk lebih mengatur efek paparan SARS-CoV-2 pada otak manusia. Rangkaian mikroelektroda 3D mengukur aktivitas fungsional irisan otak yang dikultur karena mereka menampilkan aktivitas listrik spontan yang luar biasa. Tim menggunakan sistem 3D yang mereplikasi korteks embrionik tanpa mikroglia.

Proteomik diferensial berbasis spektrometri massa dilakukan pada organoid kortikal tunggal yang terinfeksi baik dengan ada atau tidak adanya SARS-CoV-2 untuk mendeteksi perubahan molekuler yang disebabkan oleh virus. Metode ini memungkinkan tim untuk memperhitungkan berbagai permisif SARS-CoV-2 yang diamati dari organoid ke organoid. Tim pertama-tama membandingkan post-translational modifications (PTM) yang ditemukan di proteom. Analisis baru dari dataset proteomik organoid tunggal dilakukan. Menggunakan irisan otak organotip ex vivo, tim menyelidiki apakah fenotipe seperti itu dapat dideteksi dalam model dengan plastisitas sinaptik terbatas.

Hasil studi

Bahkan pada pasien dengan viremia darah negatif, tim mendeteksi sejumlah kecil RNA virus di lobus temporal, mendukung teori bahwa beberapa virus mungkin dapat masuk dan mungkin bertahan di otak. Setelah pengirisan kortikal, penyelidikan anatomipatologi mengungkapkan penurunan kepadatan neuron, mungkin disebabkan oleh proses pemotongan. Di luar tepi irisan, viabilitas sel saraf sebagian besar dipertahankan, dan arsitektur jaringan keseluruhan dan susunan seluler irisan tetap tidak berubah.

Infeksi ex vivo pada irisan otak frontal dan parietal yang terinfeksi virus reporter SARS-CoV-2 menunjukkan bahwa hanya sebagian kecil sel yang dapat terinfeksi, dan virus tidak dapat menyebar lebih jauh ke dalam irisan setelah inokulasi virus awal. SARS-CoV-2 tidak menghasilkan toksisitas atau disorganisasi jaringan yang signifikan. Data ini menunjukkan bahwa SARS-CoV-2 dapat menginfeksi sel saraf hanya sampai batas tertentu. Namun, setelah inokulum awal, kinetika replikasi virus mendatar, sehingga tidak mungkin sel-sel ini dapat mendukung produksi partikel infeksi baru.

Organoid serebral menunjukkan neuron dewasa, astrosit, dan sel progenitor saraf. Kuantifikasi gambar confocal mengungkapkan permisif SARS-CoV-2 heterogen yang signifikan dari model ini, yang berkisar dari kondisi yang terinfeksi ringan hingga parah. Dengan demikian, penelitian tersebut mengkonfirmasi bahwa neuron dewasa menunjukkan izin tertinggi

Organoid kortikal yang terinfeksi SARS-CoV-2 tidak menunjukkan sitotoksisitas, apoptosis, atau gangguan perkembangan organoid yang signifikan. Sementara organoid tidak melepaskan partikel infeksi baru, analisis lebih lanjut dari infeksi organoid kortikal mengungkapkan ekspresi yang bergantung pada replikasi dari protein virus N. Secara keseluruhan, tim mencatat bahwa area kortikal otak adalah kompartemen permisif yang lemah untuk SARS-CoV-2 menyebar. Oleh karena itu, tim mendalilkan bahwa paparan SARS-CoV-2 ke otak dapat mengakibatkan gangguan lokal dan sementara, yang sejalan dengan gejala neurologis pleiotropik dan variabel yang diamati pada sebagian besar pasien COVID-19.

Tim menemukan bahwa hampir sepertiga dari 180 protein yang diregulasi setelah infeksi SARS-CoV-2 terkait dengan sinaptosom. Juga, bassoon penanda prasinaptik menunjukkan pembesaran dan pemanjangan yang cukup besar setelah terpapar SARS-CoV-2, seperti yang disorot oleh analisis gambar kuantitatif.

Peningkatan jumlah kompleks trans-sinaptik pada neuron primer manusia yang diamati setelah terpapar partikel SARS-CoV-2 yang diinaktivasi oleh UV menunjukkan bahwa replikasi virus tidak diperlukan untuk menyebabkan gangguan. Khususnya, sinapsis yang membesar telah dilaporkan sehubungan dengan homeostasis sinaptik yang diamati setelah blokade α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptors (AMPARs) and N-methyl-D-aspartate receptors (NMDARs), juga disebut "peningkatan sinaptik."

Berdasarkan potensi lapangan lokal, tim menemukan bahwa organoid yang terpapar SARS-CoV-2 dapat dengan mudah dibedakan dari rekan tiruannya. Dengan akurasi lebih dari 97%, algoritme yang dikembangkan oleh tim dapat menentukan apakah suatu organoid telah terpapar SARS-CoV-2. Selanjutnya, sebelum infeksi atau 30 menit setelah infeksi, organoid yang terinfeksi yang sama tidak dapat dibedakan dari yang tiruan, sehingga menunjukkan kekhususan algoritma. Secara keseluruhan, penelitian ini menyimpulkan bahwa SARS-CoV-2 menyebabkan arsitektur sinaptik yang menyimpang yang terkait dengan transmisi sinaptik listrik yang terganggu.

Kesimpulan

Secara keseluruhan, temuan penelitian menunjukkan bahwa SARS-CoV-2 secara signifikan mengubah lingkungan sinaptosom dan mengganggu potensi lapangan lokal. Temuan ini terkait dengan retensi partikel virus di sinaps neuron, yang meningkatkan kemungkinan mekanisme interferensi host-patogen langsung.


*Pemberitahuan Penting

bioRxiv menerbitkan laporan ilmiah awal yang tidak ditinjau oleh rekan sejawat dan, oleh karena itu, tidak boleh dianggap sebagai konklusif, memandu praktik klinis/perilaku yang berhubungan dengan kesehatan, atau diperlakukan sebagai informasi yang mapan.


Journal reference:

Partiot, E. et al. (2022) "Trans-synaptic dwelling of SARS-CoV-2 particles perturbs neural synapse organization and function". bioRxiv. doi: 10.1101/2022.09.13.507484 https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.09.13.507484v1

No comments