Enzymet ACE2 har föreslagits spela en viktig roll för SARS-CoV-2-virusets inträde i värdceller – och utveckling av sjukdomen covid-19. Uppsalaforskare har gjort en kartläggning av enzymet i hela människokroppen. I motsats till tidigare forskning visar den nya studien ingen eller mycket låga nivåer av ACE2-protein i normala luftvägar.
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 dessa receptorers gener uttrycks i olika mänskliga vävnader. Både 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.
En ny studie, publicerad i Molecular Systems Biology, presenterar en storskalig och systematisk utvärdering av ACE2-uttryck i mer än 150 olika celltyper i hela människokroppen, både på RNA- och proteinnivå.
Ovanligt i luftvägarna
Högt uttryck av ACE2 observerades konsekvent i tarmslemhinna, njure, gallblåsa, hjärtmuskelceller, manliga könsceller, ögon, moderkaka, mindre blodkärl samt gångepitel. Men i luftvägar var uttrycket emellertid begränsat, med inget eller endast lågt uttryck i en del celler hos några få individer. I förekommande fall i enstaka epitelceller i luftvägarna.
– 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, artikelns seniorförfattare och chef för Human Protein Atlas-projektets vävnadsdel vid Uppsala universitet.
Så gjordes kartläggningen
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.
– 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. 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 hon.
Databas med lungprover
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 holländska forskare 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.
Fler studier behövs
– 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.
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 som en europeisk kärnresurs med grundläggande betydelse för life science-sektorn. HPA-konsortiet finansieras av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse.
Vetenskaplig artikel:
The protein expression profile of ACE2 in human tissues (Hikmet et al). Molecular Systems Biology.
News & Views-artikeln om ACE:
Can ACE 2 expression explain SARS-CoV-2 infection of the respiratory epithelia in COVID-19? (Nawijn et al). Molecular Systems Biology
Kontakt:
Cecilia Lindskog, projektledare, institutionen för immunologi, genetik och patologi vid Uppsala universitet, cecilia.lindskog@igp.uu.se
