W najnowszym badaniu zamieszczonym na serwerze preprintów bioRxiv* naukowcy badali związek pomiędzy białkiem kolcowym ciężkiego ostrego zespołu oddechowego koronawirusa 2 (SARS-CoV-2) a aktywnością burstów w neuronach. Podstawowymi elementami struktury SARS-CoV-2 są białka otoczki (E), kolca (S), błony (M) i nukleokapsydu (N). Badania te koncentrują się na wpływie białka S. Białko S ułatwia przyłączenie się wirusa i wejście do komórki gospodarza. Podjednostka S1 oddziałuje z receptorem konwertazy angiotensyny 2 (ACE2) obecnym w komórkach jelit i płuc. W mózgu, ACE2 ulega ekspresji głównie w pniu mózgu i regionach, których podstawową funkcją jest regulacja ciśnienia krwi i funkcji układu krążenia. Chociaż objawy neurologiczne zostały udokumentowane u niektórych, nie wszystkich, pacjentów z chorobą koronawirusową 2019 (COVID-19), dokładny mechanizm, w którym wirusy wpływają na komórki neuronalne, jest nadal nieznany, a zatem jest przedmiotem badań. W obecnym badaniu badacze określili ilościowo fenotypy neurologiczne indukowane w neuronach przez białko SARS-CoV-2 S. W tym badaniu podjednostki S1 i S2 białka kolcowego były oceniane oddzielnie, aby określić, czy wywoływały jakiekolwiek fenotypy neurologiczne oceniane przez tablice mikroelektrod (MEAs). W dniu zerowym neurony uzyskane od nowonarodzonych myszy P1 poddano działaniu rekombinowanego białka SARS-CoV-2 S oraz podjednostek S1 i S2 kolca. Zespół ocenił dane za pomocą algorytmu opracowanego we własnym zakresie. Określono również ilościowo takie cechy jak liczba burstów na elektrodę, ich czas trwania, częstotliwość oraz liczbę spajków na burst w zależności od warunków leczenia. Zespół ustalił również, czy podjednostka S1 wpływa na dojrzałe neurony podczas ekspozycji komórek. Neurony były traktowane podobnymi stężeniami S1 w dniu 12. Następnie przeprowadzono ekspozycję na to samo stężenie S1 przez siedem kolejnych dni. Następnie zespół przeprowadził eksperyment ratunkowy, aby upewnić się, czy ten fenotyp neuronów jest odwracalny. Przed podaniem S1 do neuronów w dniu zerowym pobrano próbki ludzkiego monoklonalnego przeciwciała anty-S1 i zneutralizowano je za pomocą przeciwciała. Aby przetestować hipotezę, że domena wiążąca receptor S1 (RBD) może być przyczyną redukcji burstu, zespół zebrał i ocenił oczyszczony rekombinowany RBD. W badaniu zidentyfikowano liczbę impulsów na elektrodę jako najbardziej widoczną cechę, która odróżniała dołki poddane działaniu białka kolcowego od dołków kontrolnych. Podjednostka S1 znacząco obniżyła liczbę wybuchów na elektrodę, podczas gdy podjednostka S2 nie wykazała tego samego stopnia redukcji. Badanie sugerowało, że S1 jest odpowiedzialna za zmniejszenie aktywności burstów w populacjach neuronów, gdy komórki są wystawione na działanie we wczesnym okresie rozwoju. Nie było jednak zauważalnej różnicy w aktywności burstów między studzienkami poddanymi działaniu S1 a studzienkami kontrolnymi. Dlatego dane wskazywały, że podjednostka S1 wpływała na neurony tylko wtedy, gdy komórki były eksponowane w najwcześniejszych etapach rozwoju. S1 neutralizowany przez przeciwciała nie spowodował znaczącego spadku aktywności burstów w porównaniu z kontrolą, podczas gdy konwencjonalne leczenie S1 w dniu zerowym zmniejszyło aktywność burstów. Dane, jak również wartości p sugerowały, że przeciwciało anty-S1 odwróciło wpływ S1 na aktywność pękania. Ogólnie rzecz biorąc, eksperyment ratunkowy dostarczył przekonujących dowodów, że S1 był w stanie stłumić aktywność burstów, gdy był wystawiony na działanie komórek we wczesnym etapie ich rozwoju. Porównywalnie do danych S1, zespół zidentyfikował znaczące zmniejszenie aktywności surge. Wynik ten silnie sugeruje, że sam RBD jest wystarczający do tłumienia aktywności surge. Wyniki badania wykazały związek przyczynowy między białkiem SARS-CoV-2 S1 a tendencjami do burstu in-vitro w populacjach neuronów, które mogą być odwrócone przez leczenie przeciwciałami. W badaniu zauważono również, że RBD może być odpowiedzialne za tłumienie sygnałów neuronalnych. Badanie to wskazało również, że neutralizacja S1 przywraca aktywność wyładowań neuronalnych do poziomów kontrolnych. Ponadto, eksperyment ratunkowy z użyciem przeciwciał potwierdził rolę S1 w tłumieniu aktywności wyładowań i podkreślił ochronną funkcję przeciwciał anty-S1, jak również znaczenie RBD w modulacji fenotypów neuronów. Naukowcy uważają, że wyniki badań zapewniają nowy wgląd w aktywność białek S SARS-CoV-2 poza ich dobrze poznanymi funkcjami w przyłączaniu i wnikaniu wirusa. Odkrycie to może rzucić światło na kluczowe aspekty infekcji SARS-CoV-2, metody opieki nad pacjentami oraz przyszłe opracowania szczepionek i leków przeciwwirusowych.