2020年10月31日訊/
生物谷BIOON/---在一項新的研究中，為了確定SARS-CoV-2的新的潛在治療靶點，來自美國紐約大學、紐約基因組中心和西奈山伊坎醫學院等研究機構的研究人員進行了全基因組範圍內的功能缺失CRISPR篩選，以便系統地敲除人類基因組中的基因。他們研究了哪些基因修飾使得人肺細胞對SARS-CoV-2感染更具抵抗力。他們的研究結果揭示了人類基因組中的哪些基因和基因調控網絡是SARS-CoV-2感染所需的，抑制這些基因賦予了對這種冠狀病毒感染的抵抗力。他們描述了一系列以前沒有被認為是SARS-CoV-2治療靶點的基因。相關研究結果近期發表在Cell期刊上，論文標題為「Identification of required host factors for SARS-CoV-2 infection in human cells」。
圖片來自Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.10.030。
為了更好地理解宿主和病毒
遺傳依賴性之間的複雜關係，這些作者使用了一系列分析和
實驗方法來驗證他們的結果。這種綜合方法包括基因組編輯、單細胞測序、共聚焦成像以及基因表達和
蛋白質組數據集的計算分析。他們發現，這些新的基因靶點在使用小分子（藥物）加以抑制後，可顯著降低病毒載量，其中的有些藥物降低病毒載量高達1000倍。他們的研究結果為可能開發有效治療COVID-19的新型藥物提供了重要見解，並揭示它們的分子靶點。
論文共同通訊作者、紐約基因組中心核心成員和紐約大學生物學助理教授Neville Sanjana博士說，「看到COVID-19在紐約和全世界造成的悲劇性影響，我們覺得可以利用我們已經應用於其他疾病的高通量CRISPR基因編輯工具，來了解SARS-CoV-2病毒所需的關鍵人體基因是什麼。」此前，Sanjana博士已應用全基因組CRISPR篩選來識別不同疾病的
遺傳驅動因素，包括
黑色素瘤的耐藥性、免疫治療失敗、肺癌轉移、先天性免疫、先天性代謝紊亂和肌肉萎縮症。
論文共同通訊作者、西奈山伊坎醫學院微生物學教授Benjamin tenOever博士說，「我們之前在我們的研究工作中開發了一系列冠狀病毒感染的人類細胞模型，以了解對病毒的免疫反應。能與Neville團隊合作，從新的角度理解和全面剖析宿主基因是非常棒的。」
基因簇引領方向這些作者發現，排名靠前的基因--那些發生丟失後可大幅降低病毒感染的基因---聚集在少數蛋白複合物中，包括空泡ATP酶、逆轉運複合體（Retromer）、Commander、Arp2/3和PI3K。這些蛋白複合物中的許多都參與了將蛋白運往和運出細胞膜的過程。
論文共同第一作者、Sanjana實驗室博士後研究員Zharko Daniloski博士說，「在我們的全基因組篩選中，我們非常高興地看到同一家族中的多個基因排名靠前。這給了我們很大的信心，這些蛋白家族對病毒的生命周期至關重要，無論是進入人體細胞還是成功的病毒複製。」
在利用人肺部細胞進行CRISPR篩選的同時，這些作者還探討了所需宿主基因的表達是肺部特異性還是更廣泛的表達。在排名靠前的基因中，只有ACE2，即已知負責結合SARS-CoV-2病毒刺突蛋白的受體，表現出組織特異性表達，其餘排名靠前的基因在許多組織中廣泛表達，這表明這些機制可能獨立於細胞或組織類型發揮作用。利用蛋白質組數據，他們發現，排名靠前的幾個宿主基因直接與這種病毒自身的蛋白相互作用，這突顯了它們在病毒生命周期中的核心作用。他們還分析了諸如寨卡病毒或H1N1大流行性流感病毒之類的其他病毒病原體所需的常見宿主基因。
機制上的新見解：膽固醇和病毒受體在完成初步篩選後，這些作者使用了幾種不同的技術來驗證許多排名靠前的基因在病毒感染中的作用。他們利用來自肺部和其他易受SARS-CoV-2感染的器官的人類細胞系，測量了通過CRISPR進行基因敲除、使用RNA幹擾進行基因抑制或藥物抑制後的病毒感染情況。在驗證了這些操作減少了病毒感染後，他們接下來試圖了解這些基因的丟失阻止冠狀病毒感染的機制。
利用最近開發的一種將大規模CRISPR編輯與單細胞RNA測序（ECCITE-seq）相結合的技術，這些作者發現幾個排名靠前的基因的丟失會導致膽固醇生物合成途徑的上調和細胞膽固醇的增加。利用這一見解，他們研究了氨氯地平（amlodipine）的影響，其中氨氯地平是一種改變膽固醇水平的藥物。
論文共同第一作者、tenOever實驗室博士後研究員Tristan Jordan博士說，「我們發現作為一種鈣通道拮抗劑，氨氯地平能上調細胞膽固醇水平，阻斷SARS-CoV-2感染。鑑於近期的臨床研究也表明服用鈣通道阻滯劑的患者具有下降的COVID-19病例死亡率，因此未來一個重要的研究方向將是進一步闡明膽固醇合成途徑與SARS-CoV-2之間的關係。」
在之前關於刺突蛋白突變和病毒通過ACE2受體進入人體細胞的研究工作的基礎上，這些作者還研究了一些基因的缺失是否可能通過降低ACE2水平來賦予SARS-CoV-2抵抗力。他們特別發現了一個基因，即RAB7A，它對ACE2轉運到細胞膜上有很大影響。通過組合使用流式細胞儀和共聚焦顯微鏡，他們發現RAB7A的丟失通過封堵細胞表面上的ACE2受體來阻止病毒進入。
Sanjana博士說，「目前針對SARS-CoV-2感染的治療方法目前主要針對這種病毒本身，但是這項研究提供了對宿主基因如何影響病毒進入的更好理解，並將為治療發現提供新的途徑，並有望加速易感人群的康復。」（生物谷 Bioon.com）
參考資料：1.Zharko Daniloski et al. Identification of required host factors for SARS-CoV-2 infection in human cells. Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.10.030.