In einer kürzlich veröffentlichten Studie bioRxiv* Preprint-Server zeigte ein internationales Forscherteam eine Amyloidaggregation aufgrund des schweren akuten respiratorischen Syndroms Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) in menschlicher Zerebrospinalflüssigkeit (CSF).
Die SARS-CoV-2-Pandemie und die neurologischen Langzeitkomplikationen, die bei Patienten zur Folge hatten, die als Long-Coronavirus Disease (COVID) bezeichnet werden, haben das Interesse an der Beziehung zwischen Virusinfektionen und neurodegenerativen Hirnerkrankungen neu entfacht. Während viele Viren, einschließlich des Herpes-simplex-Virus Typ 1 (HSV-1), das Zentralnervensystem (ZNS) infizieren und akute oder chronische Infektionen verursachen können, besteht eine direkte mechanistische Verbindung zwischen Viren und der Aggregation von Proteinen zu Amyloiden – ein Merkmal von mehreren neurodegenerative Erkrankungen – hat sich als schwierig erwiesen.
Über das Studium
In der vorliegenden Studie zeigten die Forscher, dass die Ex-vivo-Protein-Amyloid-Aggregation durch HSV-1 und ultraviolettes (UV) inaktiviertes SARS-CoV-2 im menschlichen Liquor verursacht wurde.
Das Team inkubierte lebende HSV-1-Viren und UV-inaktivierte SARS-CoV-2-Viren mit CSF, die von gesunden Personen erhalten wurden, um festzustellen, ob Viruspartikel die Amyloidaggregation von Proteinen katalysieren könnten, die in einer komplexen menschlichen Bioflüssigkeit vorhanden sind. Der Thioflavin-T (ThT)-Assay wurde eingesetzt, bei dem die ThT-Fluoreszenz nach Bindung an Amyloidfibrillen verstärkt wurde, um die Fähigkeit der Viren zu verfolgen, Amyloidproduktion zu verursachen. Zusätzlich beobachtete das Team die durch die Viren verursachte Amyloidbildung im Liquor mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM).
Darüber hinaus wurden die von den Viren produzierten Amyloidaggregate gesammelt und gereinigt, um die in den Amyloidfraktionen gefundenen Proteine zu beschreiben. Dies wurde durch Waschen, Zentrifugieren und Solubilisieren der Amyloidfraktion in 99 %iger Ameisensäure erreicht, nachdem die zugehörigen Nicht-Amyloidproteine mit 4 % Natriumdodecylsulfat (SDS) entfernt worden waren.
Ergebnisse
Die Studienergebnisse zeigten, dass Liquor ohne hinzugefügtes Virus kein signifikantes Signal einer mit der Zeit zunehmenden Amyloidaggregation zeigte. Während CSF mit beiden Viren in der Lage war, eine Protein-Amyloid-Aggregation in der CSF zu verursachen. Darüber hinaus wurde ein erheblich schwächeres Signal von anderen Kontrollen erzeugt, wie beispielsweise nur Virus- und nicht-infizierte Zellmedien, was mit dem übereinstimmte, das für isolierte amyloidogene Proteine beobachtet wurde. Der CSF mit hinzugefügtem Virus erzeugte eine maximale ThT-Fluoreszenzverstärkung, die merklich größer war als alle Kontrollen. An der Oberfläche von HSV-1 und SARS-CoV-2 beobachtete das Team die Wechselwirkung zahlreicher fibrillärer Amyloidstrukturen, was auf Prozesse der oberflächenvermittelten katalytischen Nukleation (HEN) hinweist.
Bezüglich der in unbehandeltem Liquor vorhandenen Proteine zeigte die proteomische Analyse, dass eine signifikante Anzahl von Proteinen in den virusinduzierten Amyloidfraktionen angereichert waren. Im Vergleich zu unbehandeltem Liquor wurden in den virusinduzierten Amyloidfraktionen 279 Proteine angereichert gefunden. Die von beiden Viren produzierten Amyloidfraktionen enthielten mehr als 40 % der angereicherten Proteine, die geteilt wurden, während die von HSV-1 produzierten Amyloidfraktionen 37 % und SARS-CoV-2 23 % einzigartige Proteine aufwiesen. Die hohe Expression einiger Proteine im Liquor nahe ihrer Übersättigung machte sie möglicherweise anfälliger für Aggregationskatalysatoren, wie durch die beträchtliche Überschneidung zwischen den durch die beiden Viren verstärkten Proteingruppen belegt wird.
In Plaques von Alzheimer-Patienten (AD) entdeckte das Team 135 Proteine, darunter Beta-Amyloid-Vorläufer wie Protein 1 (APLP1), 2-Makroglobulin, Apolipoprotein E (ApoE) und Clusterin. Darüber hinaus Proteine, die mit anderen Amyloiderkrankungen in Verbindung stehen, wie Transthyretin (TTR) und Vitronectin, sowie Proteine, die mit der Parkinson-Krankheit (PD) in Verbindung stehen, einschließlich Ceruloplasmin, 14-3-3, Nucleolin und Phosphoglyceratkinase 1 (PGK-1) wurden beobachtet. Diese Ergebnisse zeigten, dass virale Partikel in der Lage waren, die Amyloid-Aggregation mehrerer Proteine im menschlichen Liquor zu katalysieren.
Fazit
Die Studienergebnisse zeigten, dass HSV-1 und SARS-CoV-2 die Aggregation einer Vielzahl von Proteinen im menschlichen Liquor auslösten. Die Studie zeigte auch, dass die UV-Inaktivierung die Fähigkeit der Viruspartikel, als katalytische Oberfläche für die Amyloid-Keimbildung zu dienen, nicht eliminierte. Angesichts der bedeutenden katalytischen Funktion, die Viren in diesem Prozess spielen können, muss die Rolle von Viren als Verursacher der Proteinaggregation bei der Neurodegeneration neu bewertet werden. Aufgrund der SARS-CoV-2-Pandemie, die bei vielen Patienten nach der Infektion langanhaltende neurologische Symptome hinterlassen hat, ist es von entscheidender Bedeutung, die Prozesse zu verstehen, durch die Viren neurologische Probleme hervorrufen können.
*Wichtiger Hinweis
bioRxiv veröffentlicht vorläufige wissenschaftliche Berichte, die nicht von Fachleuten begutachtet wurden und daher nicht als abschließend angesehen werden sollten, die klinische Praxis/das gesundheitsbezogene Verhalten leiten oder als etablierte Informationen behandelt werden sollten.
Referenz:
- SARS-CoV-2 und HSV-1 induzieren Amyloidaggregation im menschlichen Liquor, Wanda Christ, Sebastian Kapell, Georgios Mermelekas, Bjorn Evertsson, Helena Sork, Safa Bazaz, Oskar Gustafsson, Michal J. Sobkowiak, Eduardo I. Cardenas, Viviana Villa, Roberta Ricciarelli, Johan K. Sandberg, Jonas Bergquist, Andrea Sturchio, Per Svenningsson, Tarja Malm, Alberto J. Espay, Maria Pernemalm, Anders Linden, Jonas Klingstrom, Samir EL Andaloussi, Kariem Ezzat, bioRxiv 2022.09.15.508120, DOI: https://doi.org/10.1101/2022.09.15.508120, https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.09.15.508120v1
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