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