UMCG onderzoekers vinden specifieke cellen als waarschijnlijke toegangspoort voor COVID-19

Er zijn twee specifieke celtypes in de neus geïdentificeerd als waarschijnlijk initiële infectieplaatsen voor het COVID-19 coronavirus. Onderzoekers van het Wellcome Sanger Institute, het Universitair Medisch Centrum Groningen, de Université Cote d’Azure (Nice) hebben data van de Human Cell Atlas geanalyseerd. Daarbij ontdekten zij dat slijmbekercellen en trilhaarcellen in de neus en epitheelcellen in andere organen zoals de ogen, de longen en de darmen veel van het boodschapper-RNA hebben, dat zorgt voor productie van de sleuteleiwitten die het COVID-19 virus gebruikt om onze cellen binnen te dringen.

Zoals de onderzoekers vandaag  in het wetenschappelijke magazine Nature Medicine stellen, kan de identificatie van deze cellen in de neus de hoge overdrachtssnelheid van het nieuwe coronavirus helpen verklaren. Het onderzoek wijst daarnaast potentiële aangrijpingspunten aan voor de ontwikkeling van behandelingen om de overdracht terug te dringen.

Wetenschappers over de gehele wereld proberen te begrijpen hoe het virus SARS-CoV2 zich precies verspreidt, om zo bij te dragen aan het voorkomen van de overdracht en aan de ontwikkeling van een vaccin. Hoewel bekend is dat het SARS-CoV2 virus gebruik maakt van hetzelfde moleculaire mechanisme*** om onze cellen te infecteren als een verwant coronavirus – SARS – waren de precieze celtypes die hierbij een rol spelen nog niet vastgesteld.

Om te bepalen welke cellen mogelijk betrokken zijn bij de overdracht van het nieuwe coronavirus, hebben onderzoekers meerdere datasets uit de Human Cell Atlas§ (HCA), afkomstig van verschillende weefsels van niet-geïnfecteerde mensen, geanalyseerd. Deze datasets gebruiken een nieuwe technologie die het mogelijk maakt om voor iedere cel apart te kijken welke boodschapper- RNA moleculen aanwezig zijn. Hierbij is vooral gekeken naar cellen uit de longen, de neusholte en interne organen zoals de dikke darm, de nieren en de lever. De onderzoekers bestudeerden welke individuele cellen beide sleuteleiwitten vertoonden die het SARS-CoV2-virus gebruikt om onze cellen te infecteren.

Dr. Waradon Sungnak, de eerste auteur van de paper van het Wellcome Sanger Institute: “We hebben gezien dat het sleuteleiwit – ACE2 receptor – en de TMPRSS2 protease die nodig zijn voor de activatie van SARS-CoV2 in veel hogere niveaus aanwezig waren in de epitheelcellen in de neus dan in andere weefsels. Vervolgens ontdekten we dat slijmproducerende slijmbekercellen en trilhaarcellen de hoogste spiegels vertoonden van beide SARS-CoV2 virus-sleuteleiwitten. Daarmee zijn deze cellen een waarschijnlijke aanvankelijke infectieroute voor het virus. Ook bepaalde cellen in het hoornvlies in het oog, en cellen dieper in de longen en in de darmen hebben de receptoren voor het SARS-CoV2 virus”

Dr. Martijn Nawijn, bioloog, en dr. Maarten van den Berge, longarts van het Universitair Medisch Centrum Groningen in Nederland, stellen namens het HCA Lung Biological Network: “Dit is de eerste keer dat deze specifieke cellen in de neus in verband worden gebracht met het virus dat COVID-19 veroorzaakt. De locatie van deze cellen aan de oppervlakte van de binnenkant van de neus maakt ze in hoge mate toegankelijk voor het virus. De studie laat ook zien dat de cellen in de neus, die de receptor dragen, een rol spelen bij afweerreacties. Of deze functie na virusinfectie is veranderd wordt op dit moment onderzocht.””

Het onderzoek werd uitgevoerd als onderdeel van het wereldwijde Human Cell Atlas-samenwerkingsverband dat tot doel heeft om kaarten voor alle menselijke cellen te creëren om gezondheid en ziekte te kunnen begrijpen. Ruim 1600 mensen in 70 landen zijn betrokken bij de HCA-community, en de data zijn vrij toegankelijk voor wetenschappers over de hele wereld. Het wereldwijde netwerk HCA Lung Biological Network blijft de data verder onderzoeken om nader inzicht te bieden in de cellen en targets die waarschijnlijk betrokken zijn bij de overdracht van COVID-19.

*** Het moleculaire mechanisme van COVID-19-toegang verloopt via een lock and key-effect, waarbij een uitsteeksel aan de buitenkant van het virus zich gedraagt als een sleutel om een ACE2 receptoreiwit op de menselijke cel te openen. Zhou c.s. [2020 Nature] bevestigde dat het 2019-nCoV dezelfde receptor gebruikt voor toegang tot de cel—angiotensineconverterend enzym II (ACE2)—als SARS-CoV. Vervolgens gebruikt het virus een tweede eiwit binnen de cel – TMPRSS2 protease – voor verdere toegang zodat het virus zich kan reproduceren en kan laten overdragen.

§ The Human Cell Atlas: The Human Cell Atlas (HCA)​ is een internationaal samenwerkingsverband dat tot doel heeft om alle menselijke cellen —de fundamentele bouwstenen van het leven— uitgebreid in kaart te brengen, als basis voor zowel inzicht in menselijke gezondheid en diagnostisering als de behandeling van ziekten. ​