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Pesquisadores do The Jackson Laboratory criaram um painel de camundongos geneticamente diversos que modelam com precisão a resposta humana altamente variável à infecção por SARS-CoV-2. Juntamente com colaboradores do Rocky Mountain Laboratories do NIH, a equipe descobriu diferenças nas respostas pró-inflamatórias reguladas e imunes inatas, cujo tempo e intensidade estão associados à gravidade da doença. Avançando, as diversas cepas de camundongos permitirão aos cientistas modelar a variação do paciente no resultado do COVID-19 e fornecer uma plataforma para descobrir biomarcadores da gravidade da doença, caracterizar respostas imunes antivirais e avaliar contramedidas.
Reprodução de resposta humana variável
No início da pandemia de COVID-19, ficou claro que as pessoas tinham respostas extremamente variáveis à infecção por SARS-CoV-2. Muitos não apresentavam nenhum sintoma, enquanto uma pequena porcentagem contraía doenças graves ou letais. O tempo e a força da atividade imune inata e a sinalização do interferon, a linha de frente da defesa celular contra a infecção microbiana, foram implicados nessa variabilidade, mas os fatores subjacentes que determinam a gravidade da doença entre os indivíduos permaneceram pouco compreendidos.
Em resposta à pandemia, um modelo de camundongo foi rapidamente rederivado, permitindo a infecção por SARS-CoV-2 por meio de receptores humanizados da enzima conversora de angiotensina 2 (hACE2). A princípio, o hACE2 estava presente apenas em uma única linhagem de camundongos, conhecida como K18-hACE2, que sempre desenvolvia doença grave/letal. Para ver se a resposta humana variável poderia ser replicada em camundongos, uma equipe de pesquisadores liderada pela diretora científica do The Jackson Laboratory (JAX) e pela professora Nadia Rosenthal, Ph.D., F.Med.Sci. e chefe do Rocky Mountain National Laboratories de Imunidade Inata e Patogênese Sonja Best, Ph.D., cruzou a linha original K18-hACE2 com outras cepas de camundongos que representam ampla diversidade genética.
Em “Modelos de camundongos geneticamente diversos da infecção por SARS-CoV-2 reproduzem variação clínica nas respostas de interferon e citocina tipo I no COVID-19”, um artigo publicado na Natureza Comunicações, a equipe mostra que os camundongos F1 (cruzados de primeira geração) resultantes realmente modelaram a gravidade do COVID-19 humano, variando de assintomático a letal. O fundo genético original usado para os camundongos K18-hACE2 (C57Bl/6J) provou estar entre os mais suscetíveis, enquanto os cruzamentos F1 de uma cepa conhecida como PWK eram altamente resistentes à doença. A progênie F1 dos outros cruzamentos, derivada das cepas endogâmicas A/J, 129S1, NOD, NZO, CAST, WSB, BALB/c e DBA/2, teve uma gama de respostas principalmente entre os dois extremos. Curiosamente, alguns deles – CAST, NOD e WSB – também tiveram diferenças sexuais, com níveis consistentemente diferentes de gravidade da doença entre machos e fêmeas F1.
Desenvolvimento de uma plataforma pré-clínica
Com o painel do mouse, a equipe foi capaz de investigar ainda mais as diferenças nas respostas imunes inatas que foram implicadas na variabilidade do paciente humano. Em particular, o interferon tipo 1 (IFN-1) é essencial para o controle da replicação do vírus, onde o tempo e a regulação da resposta desempenham papéis fundamentais na determinação da gravidade da doença. Se a resposta for retardada, a replicação viral e a disseminação podem ocorrer sem controle durante os estágios iniciais da infecção. Ao mesmo tempo, a falha em regulá-lo e reduzir a sinalização após o término da infecção aguda pode levar a uma inflamação contínua e a consequências adversas à saúde.
A equipe de pesquisa descobriu que os camundongos PWK F1 altamente resistentes exibiram controle precoce da replicação do vírus nos pulmões, com amplificação faseada e resolução de respostas pró-inflamatórias e prevenção da disseminação do vírus para outros órgãos. Em contraste, os cruzamentos F1 com as cepas mais suscetíveis exibiram expressão relativamente ineficiente de IFN-1 no pulmão, falha no controle da replicação do vírus e respostas pró-inflamatórias desreguladas. Um valor atípico foi o WSB, que tinha alta expressão inicial de IFN-1, mas também alta carga viral inicial no pulmão, e a eliminação foi atrasada de maneira semelhante a camundongos com baixa expressão de IFN-1. O WSB pode, portanto, ser valioso para investigar respostas patológicas adicionais associadas à alta expressão de IFN-1, mas baixa atividade antiviral.
Existem muitas lacunas em nosso conhecimento atual que ainda precisam ser abordadas, incluindo os mecanismos exatos do controle imunológico inato da replicação do vírus, os eventos necessários para uma resposta inflamatória bem orquestrada, os mecanismos moleculares da gravidade da doença dependente do sexo e a evolução mais longa. implicações a longo prazo para o reparo tecidual e a função pulmonar. O desenvolvimento de uma plataforma pré-clínica para vincular o resultado da doença às características genéticas do paciente promete preencher a lacuna de conhecimento em nossa compreensão das diferenças subjacentes na suscetibilidade ao COVID-19, facilitando o desenvolvimento de modelos precisos para diagnósticos rápidos, estudos mecanísticos e estratégias de intervenção terapêutica.
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