Ny kunskap om enzym med viktig roll för SARS-CoV-2-infektion

Forskare vid Uppsala universitet har gjort en kartläggning av enzymet ACE2 i hela människokroppen, som föreslagits spela en viktig roll för SARS-CoV-2-virusets inträde i värdceller och utveckling av sjukdomen COVID-19. I motsats till tidigare forskning visar studien att ingen eller endast mycket låga nivåer av ACE2-protein finns i normala luftvägar. Resultaten beskrivs i en artikel i Molecular Systems Biology.

Artikeln presenterar en storskalig och systematisk utvärdering av ACE2-uttryck i mer än 150 olika celltyper, både på RNA- och proteinnivå, och rapporterar att ACE2 uttrycks vid mycket låga nivåer – i förekommande fall – i enstaka epitelceller i luftvägarna.

– Med tanke på den kliniska manifestationen av COVID-19 med akuta andningsbesvär och omfattande skador i lungvävnaden, understryker resultaten behovet av att ytterligare studera de biologiska mekanismerna som ansvarar för infektion och sjukdomsförloppet vid COVID-19, säger Dr. Cecilia Lindskog, artikelns seniorförfattare och chef för Human Protein Atlas-projektets vävnadsdel vid Uppsala universitet.

För att förstå mottagligheten för SARS-CoV-2-infektion och hur den utvecklas vidare till allvarlig och dödlig sjukdom är det nödvändigt att studera ingångsreceptorerna för SARS-CoV-2 och deras celltypspecifika uttryck i mänskliga vävnader, båda på RNA- och proteinnivå. Det har föreslagits att SARS-CoV-2 använder enzymet ACE2 för att ta sig in i människans celler, och att inträde av SARS-CoV-2 via denna receptor skulle kunna förklara de allvarliga kliniska manifestationer som observerats i olika vävnader och organ inklusive andningsorganen.

Studien presenterar en omfattande uppdatering av ACE2-uttrycket i hela människokroppen, både på RNA- och proteinnivå. Högt uttryck observerades konsekvent i tarmslemhinna, njure, gallblåsa, hjärtmuskelceller, manliga könsceller, ögon, moderkaka, mindre blodkärl samt gångepitel. I luftvägar var uttrycket emellertid begränsat, med inget eller endast lågt uttryck i en del celler hos några få individer.

– Tidigare studier har föreslagit att ACE2-protein uttrycks starkt i lungorna, men dessa studier har inte presenterat proteinuttrycket på ett tillförlitligt sätt och inte heller inkluderat vävnader och organ från hela människokroppen. Vidare så har de inte jämfört sina fynd med olika metoder, vilket vi gjort i denna studie, säger Cecilia Lindskog.
– Vi kan här med säkerhet visa att inga eller endast mycket låga nivåer av ACE2-protein finns i normala andningsorgan, vilket står i motsats till tidigare studier.

Den immunohistokemiska analysen baserades på forskningsresursen Human Protein Atlas (HPA) och en stor patientkohort bestående av normala lungprover från 360 individer, med användning av två olika antikroppar som binder till ACE2.

– HPA-projektet har lagt ned ett stort arbete på att införa och implementera ett nytt koncept för förbättrad kvalitetskontroll av antikroppar med hjälp av strategier som föreslagits av International Working Group for Antibody Validation (IWGAV). Sådana strategier är avgörande för att bestämma om antikroppfärgningen motsvarar verkligt proteinuttryck, säger professor Mathias Uhlén, chef för HPA-konsortiet och medförfattare av artikeln.

I en News & Views-artikel publicerad tillsammans med ACE2-artikeln, belyser Nawijn et al studiens betydelse och diskuterar möjliga förklaringar till det låga uttrycket i andningsorganen. Nya studier tyder på att ACE2 kan vara en interferon-inducerad gen, vilket kan leda till uppreglering under SARS-CoV-2-infektion. Det föreslås att viruset först tar sig in och infekterar celler i de övre luftvägarna, följt av uppreglering av ACE2 på grund av det antivirala svaret, vilket tillåter SARS-CoV-2 att spridas vidare och infektera lungvävnaden. Det har också föreslagits att rökning kan förhöja ACE2-uttrycket i andningsorganen.

– Ytterligare studier är nödvändiga för att studera den dynamiska regleringen av ACE2 och för att bekräfta om det låga ACE2-uttrycket i mänskliga luftvägar är tillräckligt för SARS-CoV-2-infektion, eller om andra faktorer behövs för värdcellsinträde, säger Cecilia Lindskog.

För mer information:

Cecilia Lindskog, projektledare, institutionen för immunologi, genetik och patologi vid Uppsala universitet, e-post:cecilia.lindskog@igp.uu.se, tel: 070-167 98 93.

Läs hela artikeln på ACE2: Hikmet et al: The protein expression profile of ACE2 in human tissues

Läs artikeln News & Views om samma ämne: Nawijn et al: Can ACE 2 expression explain SARS-CoV-2 infection of the respiratory epithelia in COVID-19?

Fakta: Forskarnas metoder
Systematisk immunohistokemisk analys användes för kartlägga det celltypspecifika uttrycket av ACE2 i mer än 150 olika mänskliga celltyper. Analysen kombinerades med flera datakällor baserade på djup RNA-sekvensering (RNA-seq), enkelcell RNA-sekvensering (scRNA-seq), masspektrometri och Western blot.

Fakta: Human Protein Atlas
Human Protein Atlas (HPA) är ett forskningsprogram vid Science for Life Laboratory som startade 2003 med målet att kartlägga alla de mänskliga proteinerna i celler, vävnader och organ med integrering av olika tekniker, såsom antikroppbaserad avbildning, masspektrometribaserad proteomik, transkriptomik och systembiologi. Alla genererad data är öppen och tillgänglig så att forskare både inom akademin och industrin fritt kan använda informationen för utbildning och forskning av det mänskliga proteomet. Human Protein Atlas-programmet har redan bidragit till flera tusentals publikationer inom området mänsklig biologi och sjukdom och har valts ut av organisationen ELIXIR (www.elixireurope.org) som en europeisk kärnresurs med grundläggande betydelse för life science-sektorn. HPA-konsortiet finansieras av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse. För mer information, se: www.proteinatlas.org

Fakta: Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse
Knut och Alice Wallenberg Stiftelse är Sveriges största privata finansiär av forskning och också en av Europas största. Stiftelsens mål är att gynna Sverige genom att stödja grundläggande forskning och utbildning, främst inom medicin, teknik och naturvetenskap. Stiftelsen kan också initiera bidrag till strategiska projekt och stipendier. För mer information, se: kaw.wallenberg.org