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SARS-CoV-2感染気管支上皮細胞におけるタンパク質コーディングとロングノンコーディングRNA(lncRNA)の転写景観は、インターフェロンと炎症反応の役割を強調しています
Protein Coding and Long Noncoding RNA (lncRNA) Transcriptional Landscape in SARS-CoV-2 Infected Bronchial Epithelial Cells Highlight a Role for Interferon and Inflammatory Response.
PMID: 32646047 DOI: 10.3390/genes11070760.
抄録
病原性重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2（SARS-CoV-2）によるCOVID-19の世界的な広がりは、この急速に広がる感染症をよりよく理解するために、医学研究コミュニティからの対応が急務であることを強調しています。SARS-CoV-2感染時のヒト初代正常気管支上皮細胞（NHBE）のトランスクリプトームデータを用いて、複数のバイオインフォマティクスと計算機パイプラインを用いて、宿主細胞における免疫グロブリンG（IgG）やインターフェロンラムダ（IFNL）に関与するネットワークを含むいくつかの機構論的ネットワークの活性化を明らかにした。また、SARS-CoV-2感染したNHBE細胞では、急性炎症反応の誘導と腫瘍壊死因子（TNF）の活性化が顕著であった。さらに、創意工夫経路解析（IPA）を用いた疾患・機能解析により、細胞死に関連する機能カテゴリーの活性化が明らかになったが、ウイルス感染と複製に関連する機能カテゴリーは抑制されていた。インターフェロン（IFN）応答性遺伝子（IRF9, IFIT1, IFIT2, IFIT3, IFITM1, MX1, OAS2, OAS3, IFI44, IFI44L）は、SARS-CoV-2感染NBHE細胞で高発現しており、抗ウイルス性IFN自然応答が活性化されていることが示唆された。COVID-19を用いた肺組織の異なる発現遺伝子の遺伝子オントロジーと機能アノテーションにより、抗ウイルス応答の活性化が特徴的であることが明らかになった。IPAでの機構論的ネットワーク解析の結果、患者組織では14の活性化ネットワークが、NHBE細胞モデルでは9の抑制ネットワークが確認され、COVID-19の発症におけるこれらの上流調節ネットワークの役割が示唆された。我々のデータでは、in vitroおよび患者由来の組織でいくつかのウイルスタンパク質が発現していることが明らかになり、また、いくつかの宿主由来のロングノンコーディングRNA（lncRNA）が同定された。我々のデータは、IFN応答の活性化がin vitroおよびヒトにおけるSARS-CoV-2感染の主な特徴であることを明らかにした。また、感染の過程で異なる発現を示すいくつかのlncRNAを同定した。
The global spread of COVID-19, caused by pathogenic severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) underscores the need for an imminent response from medical research communities to better understand this rapidly spreading infection. Employing multiple bioinformatics and computational pipelines on transcriptome data from primary normal human bronchial epithelial cells (NHBE) during SARS-CoV-2 infection revealed activation of several mechanistic networks, including those involved in immunoglobulin G (IgG) and interferon lambda (IFNL) in host cells. Induction of acute inflammatory response and activation of tumor necrosis factor (TNF) was prominent in SARS-CoV-2 infected NHBE cells. Additionally, disease and functional analysis employing ingenuity pathway analysis (IPA) revealed activation of functional categories related to cell death, while those associated with viral infection and replication were suppressed. Several interferon (IFN) responsive gene targets (IRF9, IFIT1, IFIT2, IFIT3, IFITM1, MX1, OAS2, OAS3, IFI44 and IFI44L) were highly upregulated in SARS-CoV-2 infected NBHE cell, implying activation of antiviral IFN innate response. Gene ontology and functional annotation of differently expressed genes in patient lung tissues with COVID-19 revealed activation of antiviral response as the hallmark. Mechanistic network analysis in IPA identified 14 common activated, and 9 common suppressed networks in patient tissue, as well as in the NHBE cell model, suggesting a plausible role for these upstream regulator networks in the pathogenesis of COVID-19. Our data revealed expression of several viral proteins in vitro and in patient-derived tissue, while several host-derived long noncoding RNAs (lncRNAs) were identified. Our data highlights activation of IFN response as the main hallmark associated with SARS-CoV-2 infection in vitro and in human, and identified several differentially expressed lncRNAs during the course of infection, which could serve as disease biomarkers, while their precise role in the host response to SARS-CoV-2 remains to be investigated.