Genetische weerstand tegen het corona virus

GENETISCHE WEERSTAND TEGEN CORONAVIRUS-INFECTIE

Veel informatie over de mechanismen van genetische resistentie van de gastheer tegen virale infecties
is voortgekomen uit onderzoek naar de coronavirussen, met name naar de muishepatitis
virussen (MHV). Een van de fundamentele observaties van Bang en medewerkers
zo’n dertig jaar geleden was die MHV-infectie van de gastheer verloopt in een reeks van
stadia, die kunnen worden gezien als drie opeenvolgende barrières van gastheerresistentie \ -3. Deze
stadia zijn ook de sleutel geworden om de genetische controle van gastheerresistentie te ontleden
tegen coronavirussen. De eerste fase is de aan- of afwezigheid van een specifieke cellulaire
receptor die virale toegang regelt. Zodra het virus is binnengedrongen, worden factoren uitgedrukt
door de gastheercellen zal dan de virale groei en acute ziekte beperken of toestaan. Tenslotte,
de humorale en cellulaire afweer van het immuunsysteem van de gastheer zullen bepalen of
het virus wordt geëlimineerd of verspreid en er is een chronische ziekte vastgesteld. In deze
hoofdstuk, hebben we ons overzicht van genetische resistentie tegen coronavirussen georganiseerd volgens
aan deze drie gastheerresistentiemechanismen: genetische controle op het niveau van cellulair
receptoren, genetische controle op het niveau van de macrofaag en genetische controle op het
niveau van verworven immuniteit. We willen echter benadrukken dat deze ‘niveaus’ dat wel zijn
puur operationele grenzen. In werkelijkheid kan een host worden geïnfecteerd met meerdere virussen
keer tijdens zijn leven, en dus alle beschikbare aangeboren en immuunresistentie-mechanismen
wordt meteen in het spel geroepen. Daarnaast hebben we een algemene schets opgenomen
van de methoden die worden gebruikt om gastheerresistentiegenen te identificeren in muismodellen van infectie.

Gastheer genetische resistentie tegen virale infecties, zoals voor bacteriële en parasitaire infecties, is
meestal uitgedrukt als een complexe genetische eigenschap. De eerste benadering van het in kaart brengen, klonen en
het bepalen van de functie van de genen die resistentie tegen infecties reguleren, is het ontleden van complex
kenmerken, zoals ziektegevoeligheid in eenvoudigere fenotypes, zoals virale replicatie, dat
mogelijk onder controle van één gen5 • De basisprocedure is om eerst een diermodel te ontwikkelen
van infectie, meestal bij de muis, die een duidelijk gedefinieerde eigenschap van resistentie en gevoeligheid heeft.
Vervolgens wordt de genetische variatie van de geselecteerde eigenschap geanalyseerd in een groot panel van inteelt
stammen. Een patroon van resistente, gevoelige en tussenliggende fenotypes (continue variatie)
suggereert een complexe eigenschap gecontroleerd door meerdere genen, terwijl een patroon duidelijk
afgebakende gevoeligheid of resistentie (discontinue variatie) suggereert een enkele locus met
twee alternatieve allelen6 • Vervolgens wordt een Mendeliaanse analyse uitgevoerd op FI en segregatie
terugkruisingspopulaties afgeleid van resistente en gevoelige voorlopers om de
wijze van overerving en om een ​​schatting te geven van het aantal betrokken genen6. Mocht het
resultaten geven aan dat meer dan één gen werkzaam is, dan kan verder genetisch onderzoek
vereisen het gebruik van recombinante congene stammen 7 of analyse van meerdere locuskoppelingen6 • 8 • Zou moeten
controle van één gen wordt bevestigd, een van de meest gebruikte methoden voor het in kaart brengen van genen is
koppelingsanalyse in recombinante inteeltstammen van muizen (RIS). De chromosomale locatie van
de onbekende locus wordt afgeleid uit de concordantie in het stamverdelingspatroon in de
RIS-paneel met markers voor eerder in kaart gebrachte genen. Zodra de chromosomale locatie van
het relevante gen bekend is, kan genklonering worden uitgevoerd door positioneel klonen en / of
door de kandidaatgenbenadering MHV-JHM en MHV -A59

Drie klassieke genetische studies vormen de belangrijkste bron van kennis over
de genetische controle van infectie met de neurotrope JHM-stam van MHV die een
acute fatale encefalitis bij gevoelige muizen, en de serogerelateerde, hepatotrope stam MHVA59
dat is aanzienlijk minder virulent. Stohlman en Frelinger analyseerden de genetische controle
van acute encefalitis na JHM-inenting bij gevoelige B 1 o.s en resistente SJL
muizen9 • Hun resultaten van terugkruising en F2-generaties ondersteunden de hypothese dat
resistentie tegen acute ziekte wordt beheerst door twee (niet in kaart gebrachte) genen; een, genaamd Rhv-l
is dominant en de tweede, rhv-2, is recessief. De genetische analyse sloot ook elke major uit
effect van het H-2-complex op de resistentie tegen acute door JHM geïnduceerde ziekte. Ten tweede, Knobler
et al. analyseerde de genetische controle van resistentie tegen JHM-virus in vivo in resistente SJL en
vatbare BALB / C micelO- 12 • Ze concludeerden dat een enkele recessieve locus genaamd Hv2 op
chromosoom 7, nabij Svp-2 (zaadblaasjes-eiwit), bepaalde resistentie in vivo en in
geëxplanteerde macrofagen. In tegenstelling tot latere studies concluderen deze auteursdroeg die weerstand af
tegen JHM-infectie werd uitgedrukt door macrofagen als een vermogen om virale verspreiding te beperken. Tenslotte,
Smith en collega’s bestudeerden het vermogen van peritoneale macrofagen van resistente SJL en
gevoelige muizenstammen om de groei van MHV-A59 in vitro te ondersteunen 13. Ze identificeerden en
bracht een locus, genaamd Mhv-l, in kaart op chromosoom 7, 41,5 cM van de albino-locus, en toonde
die weerstand werd op recessieve wijze overgeërfd. Deze groep vond echter die weerstand
werd hoogstwaarschijnlijk tot expressie gebracht op het niveau van de virale receptor op de macrofaag. Meerdere
gemeenschappelijke draden lopen door deze genetische studies. Ten eerste zijn rhv-2, Hv2 en Mhv-l de meeste

waarschijnlijk identieke genen, aangezien tenminste de laatste twee genen bleken te verwijzen naar chromosoom 7.
Ten tweede, terwijl het exacte mechanisme (n) van resistentie tegen MHV-JHM en A59 uitgedrukt door
SJL-macrofagen is onduidelijk, het lijkt redelijk om te zeggen dat het zowel op het niveau van
de virale receptor en op het niveau van virale synthese. Discrepanties tussen de verschillende
studies kunnen zijn ontstaan ​​uit verschillende doses virus die zijn gebruikt, de geanalyseerde eigenschappen en de
behandelingen die worden gebruikt om peritoneale macrofagen te verkrijgen. De hypothese van twee genen
aangeboden door Stohlman en Frelinger kan uiteindelijk blijken correct te zijn bij latere resultaten
betreffende virale binding aan de MHV-receptor (CEA / Bgp-familie van glycoproteïnen) op SJL
weefsels worden overwogen.

De receptor voor MHV-A59 (MHVR genoemd) werd oorspronkelijk geïdentificeerd door een virus
overlay proteïne blot assay voor virusbindende activiteit als een 11 0- tot 120-kDa glycoproteïne op
plasmamembranen van darmepitheel of lever van gevoelige BALB / c-muizenI4,15.
Interessant is dat virusbindende activiteit alleen werd gedetecteerd in membranen van hepatocyten of
enterocyten van gevoelige BALB / c en semi-gevoelige C3H-muizen, maar niet vergelijkbaar
preparaten van resistente SJLlJ-muismembranen 14. Echter, membraanpreparaten uit
MHV-resistente SJLlJ-muizen bleken een homoloog van MHVR tot expressie te brengen in studies met
antilichamen gericht tegen MHVRI5. Daarom werd geredeneerd dat SJLlJ-muizen mogelijk zijn
resistent tegen MHV-A59-infectie omdat ze een functionele virusreceptor missen, een hypothese
die nu wordt afgewezen met het klonen en tot expressie brengen van de MHVR-isovormen (zie hieronder).
Met behulp van het monoklonale antilichaam CCI dat het N-terminale 25-aminozuur herkent
sequentie van immunoaffiniteitsgezuiverde MHVR, hebben Holmes en collega’s dat later aangetoond
de MHV-receptor was identiek aan de voorspelde rijpe N-termini van twee verwante muisgenen
menselijk carcino-embryonaal antigeen (CEA) en was sterk homoloog aan de N-uiteinden
van leden van de CEA-familie bij mensen en ratten 16,17.

Vervolgens zijn verschillende varianten van de MHV-receptor (MHVR) gekloond en
sequencedls, 19. MHVRI is nauw verwant aan de muriene CEA-gerelateerde kloon mmCGMl (Mus
musculus carcino-embryonaal antigeengenfamilielid). De cDNA-sequentie van deze kloon
kan coderen voor een glycoproteïne van 424 aminozuren met vier immunoglobuline-achtige domeinen, een
transmembraandomein en een korte intracytoplasmatische staart. Een tweede receptor, mmCGMb
bevat twee immunoglobuline-achtige domeinen en codeert voor een glycoproteïne van 42kDazo. Bovendien,
Holmes en collega’s isoleerden twee splitsingsvarianten van MHVR, waarvan er één twee bevat
immunoglobuline-achtige domeinen [MHVR (2d)] en de andere met vier domeinen zoals in MHVR
maar met een langer cytoplasmatisch domein [MHVR (4d) L] 18. Alternatieve splitsingsmechanismen
zou kunnen verklaren hoe deze CEA-transcripten van hetzelfde gen zijn afgeleid. Al deze varianten
zijn onlangs geïdentificeerd als leden van de biliaire glycoproteïne (Bgp) -subfamilie van de
CEA familieZI. Somatische celhybride-analyse suggereert dat het Bgp-gen zich bevindt
chromosoom 7 in de muis22 •

De vraag hoe alle verschillende MHVR-isoforrnen verband houden met genetisch
gevoeligheid voor MHV-A59-infectie werd vervolgens benaderd door te vragen of varianten
geïsoleerd uit resistente versus gevoelige muizenstammen zouden als receptoren voor
MHV-A59 IS, 19.Z3. Fenotypisch gevoelige inteelt-muizenstammen BALB / c, C3H en
C57BLl6 bleken transcripten en eiwitten van de MHVRI (mmCGM1) isovorm tot expressie te brengen
en / of zijn splitsingsvarianten, maar niet de mmCGMz-isoforrn. Daarentegen volwassen SJLlJ-muizen, die
zijn resistent tegen infectie met MHV-A59, express transcripten en eiwitten alleen van de
mmCGM2-gerelateerde isovormen, niet MHVRIS. Deze stamverdeling is compatibel met de
hypothese dat de MHVR- en mmCGM2-glycoproteïnen kunnen worden gecodeerd door verschillende allelen
van hetzelfde gen. Verrassend, zeker gezien de structurele verschillen tussen
MHVR en mmCGMb, beide groepen van Holmes en Lai, hebben aangetoond dat transfectie
en expressie van mmCGM I of mmCGM2 van SJL-muizen in MHV-resistente Cos 7
of BHK-cellen maakten de cellen vatbaarder voor MHV-infectie I8,19, Het vermogen van de SJL-gerelateerde
isovormen moleculen om te dienen als MHV-receptoren was vergelijkbaar met die van die van
CS7BL! 6. Een andere factor moet dus ondanks de genetische resistentie van de SJL-muis verklaren
van zijn functionele MHV-receptor. Er zijn verschillende mogelijkheden naar voren gebracht, zoals posttranslationeel
aanpassing, maar het meest intrigerende idee van Yo komori en Lail9,
en een die goed past bij de eerdere twee-gen-hypothese van Stohl man en Frelinger9, is
dat het mechanisme van genetische resistentie van de SJL-muis in het product van een seconde ligt
gen waarvan het product kan zijn geassocieerd met de MHV-receptor. Deze tweede factor van
resistentie is voorgesteld als een protease dat zeer vroeg tijdens het binnendringen van virussen interfereert
met andere stap (pen) in virusreplicatie.

Cellulaire receptor voor humane 229E en varkens-TGEV-coronavirussen
Een tweede receptor, aminopeptidase N (APN), die bij mensen identiek is aan
het CD 13-differentiatieantigeen24, is geïdentificeerd als een receptor voor zowel mensen
en varkensspecifieke coronavirussen25.26. Genetische controle heeft in dit geval echter alleen
aangetoond bij mensen27. Yeager et al. toonde aan dat menselijke APN, gelegen op
chromosoom IS28 is een receptor voor één stam van het humane coronavirus 229E, dat wil zeggen een
belangrijke oorzaak van infecties van de bovenste luchtwegen 26. Een studie van somatische celhybriden
aangetoond dat een gen voor vatbaarheid voor het coronavirus 229E zich op bevindt
chromosoom IS in de regio qll-qI227. Ten tweede is APN geïdentificeerd als een
receptor voor overdraagbaar gastro-enteritisvirus (TGEV), een coronavirus dat veroorzaakt
fatale diarree bij het pasgeboren varken 25. TGEV repliceert selectief in de gedifferentieerde
enterocyten die de villi van de dunne darm bedekken. In de dunne darm speelt APN
een rol in de uiteindelijke vertering van peptiden gegenereerd door hydrolyse van eiwitten door
maag- en pancreasproteasen. Twee bewijzen ondersteunden de mening dat APN
zelf fungeert als een receptor. Ten eerste bonden virionen specifiek aan APN waarnaar werd gezuiverd
homogeniteit. Ten tweede, transfectie van het APN-gen in een anders niet-tolerant
cellijn verleende gevoeligheid voor TGEY.

APN wordt verondersteld betrokken te zijn bij het metabolisme van regulerende peptiden door verschillende
celtypen, waaronder macrofagen, granulocyten en synaptische membranen van de centrale
zenuwstelsel (CZS). Bij de muis is het APN-enzym niet geïdentificeerd als een
coronavirus receptor, maar de Lap-l locus, (voor leucine arylaminopeptidase-l ook wel
APN) is gekoppeld aan chromosoom 9 in recombinante inteeltlijnen en intraspecifiek
terugkruisen 29. Interessant is dat APN van muis ook is geïdentificeerd in antigeen-presenterende cellen
en wordt mede tot expressie gebracht met H-2 klasse II-moleculen3o. Het is niet bekend of de stamverdeling
want Lap-l zou in elk genetisch model voor MHV passen, bijvoorbeeld de enterische stam MHV-Y, maar
het kan de moeite waard zijn om als kandidaatgen / receptor te overwegen, vooral gezien het feit dat APN
wordt uitgedrukt in macrofagen.

GENETISCHE WEERSTAND TEGEN MHV UITGEDRUKT DOOR
MACROFAGEN

De MHV-virulente type 2 (MHV-2) en 3 (MHV-3) stammen induceren acute hepatische
falen bij gevoelige muizenstammen na intraperitoneale injectie. Dood van
MHV-2-infectie treedt 2-3 dagen na inoculatie op en is waarschijnlijk het gevolg van de
vernietiging van het leverparenchym en de vorming van grote necrotische foci I. In acute
MHV-3-infectie, gevoelige muizen sterven binnen S dagen met het optreden van lever
necrose, afzetting van fibrine en een zwaar infiltraat van ontstekingscellen31. Weerstand
tot acute infectie met MHV-2 en MHV-3 is aangetoond afhankelijk te zijn van aangeboren
macrofaag factoren l, 2,31.33 evenals immuunverdedigingsmechanismen32,34,35 in plaats van
op cellulaire receptoren. Hieronder bespreken we de beschreven mechanismen voor resistentie tegen macrofagen
bij acute MHV-2- en MHV-3-infecties die onder controle lijken te worden gehouden door
verschillende, H-2-niet-gekoppelde genen.

MHV-2
De Hv 1-locus, beschreven door Bang en collega’s in de jaren zestig, controleert de gevoeligheid
tot dodelijke infectie door MHV-21-3. In dit model is het dominante, gevoelige allel van Hvl
komt voor in de PRI (Princeton) stam en de C3HSS congene stam terwijl de resistente,
recessiefHvl-allel komt voor in de C3H-stam. Er werd resistentie of gevoeligheid in vivo aangetoond
om bijna perfect te correleren met de permissiviteit van peritoneale macrofagen voor MHV-2 in
vitro. Het Hvl-gen wordt waarschijnlijk niet tot expressie gebracht als een virale receptor, aangezien het virus werd aangetoond
even goed worden geadsorbeerd door zowel resistente als gevoelige macrofagen2. Resistente macrofagen
bleken een bepaald aspect van virale RNA-synthese te blokkeren, waardoor virale effecten werden beïnvloed
replicatie. Bovendien kunnen genetisch gevoelige muizen fenotypisch resistent worden gemaakt
door behandeling met het lectine concanavaline A (Con A), op dezelfde manier worden macrofagen geoogst
van de met Con A behandelde dieren vertoonden ook resistentie in vitr03. Con A had geen effect
bij directe toediening aan de macrofagen, wat suggereert dat de gevoeligheid wordt omgekeerd
trad op na de inductie van lymfokinen. De chromosomale locatie van Hv 1 is
onbekend, maar het segregeert onafhankelijk van de Hv 2-locus op chromosoom 7, de Beg-locus
op chromosoom 1 en de locus voor resistentie tegen flavivirus op chromosoom 536.

MHV-3
Genetische resistentie tegen acute MHV-3-infectie bestaat uit ten minste twee verschillende
gastheer verdedigingsstrategieën. De acute fase van MHV-3-infectie wordt gekenmerkt door een fulminerende
levernecrose die gevoelige muizenstammen doodt, zoals C57BLl6 en BALBlc binnen
3-5 dagen. Tijdens deze fase zijn de gastheercellen voor virale replicatie zowel macrofagen als
lymfoïde cellen32, en bijgevolg hebben beide celtypen zich even belangrijk aangepast
weerstandsmechanismen. De groep van Levy heeft de rol van de macrofaag uitgebreid bestudeerd
in de resistentie tegen hepatitis veroorzaakt door MHV-33 1,33,37-39. Hier is de erfenis van de
eigenschap van resist ancel gevoeligheid voor de fulminante, acute hepatitis en overlijden veroorzaakt door MHV-3
infectie werd geanalyseerd in een set van recombinante inteelt (RI) stammen van muizen afgeleid van de
resistent Alle en gevoelige C57B 1161-voorlopers 37.

Het stamverdelingspatroon (SDP)vertoonde een discontinue variatie variërend van volledig resistent (geen leverziekte) tot volledig
vatbaar (overlijden door fulminante hepatitis), met 16 RI-stammen die tussenliggende graden vertonen
van gevoeligheid. Deze SDP was consistent met een resistentiemodel met twee recessieve genen.
Deze resultaten waren in tegenstelling tot eerdere resultaten (1979) van Levy-Leblond et al. 40, die vonden
bewijs voor een enkel recessief gen voor resistentie tegen acute MHV-3-ziekte in een panel van Fl,
F2- en terugkruisingsgeneratiemuizen. Deze studie 40 toonde echter duidelijk aan dat het (de) gen (en)
voor weerstand drukt een leeftijdsafhankelijke penetrantie uit. Geen bewijs van verband tussen acuut
MHV-3-gevoeligheid en genen van het H-2-complex werden gevonden in elk van de twee onderzoeken. De
SDP voor gevoeligheid voor MHV-3 bleek ook te correleren met de inductievan pro-coagulerende activiteit (PCA), een protrombinase37. PCA bemiddelt ontstekingsreacties
op grond van zijn directe protrombinesplitsende activiteit 38. De cellulaire aard van de productie
van het 74 kDa PCA-molecuul werd ook onderzocht in RI-stammen en een restrictie voor inductie
van PC A werd waargenomen op het niveau van de macrofaag39. Peritoneale macrofagen van resistent
ouder Alle stammen en RI-stammen konden niet worden geïnduceerd om PCA tot expressie te brengen wanneer ze werden gestimuleerd door MHV-3
alleen of in aanwezigheid van lymfocyten van gevoelige en H-2 compatibele RI-muizen. In
Daarentegen vertoonden macrofagen van gevoelige RI-muizenstammen een vergelijkbare toename in
PCA na stimulatie met MHV-3 in aanwezigheid van L3T4 + (T-helpercellen, CD4…

Vertaald en
Uit Corona- and Related Viruses Current Concepts in Molecular Biology and Pathogenesis by Ellen Buschman, Emil Skamene, Pierre J. Talbot, Gary A. Levy