Молекулярная биология, 2022, T. 56, № 5, стр. 774-782

Моделирование инфекции SARS-CoV-2 у мышей за счет транзиентной экспрессии гена ACE2 человека путем интраназального введения AAV-hACE2

Д. В. Глазкова a, Е. В. Богословская a, Ф. А. Урусов ab*, Н. П. Карташова c, Е. А. Глубокова c, А. В. Грачева c, Е. Б. Файзулоев c, Г. В. Трунова d, В. А. Хохлова d, О. А. Безбородова d, А. А. Панкратов d, И. А. Ленева c, Г. А. Шипулин a

a Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью Федерального медико-биологического агентства Российской Федерации
119992 Москва, Россия

b Научно-исследовательский институт медицины труда им. академика Н.Ф. Измерова
105275 Москва, Россия

c Научно-исследовательский институт вакцин и сывороток им. И.И. Мечникова
105064 Москва, Россия

d Национальный медицинский исследовательский центр радиологии Министерства здравоохранения Российской Федерации
125284 Москва, Россия

* E-mail: flanger.fx@mail.ru

Поступила в редакцию 25.01.2022
После доработки 08.04.2022
Принята к публикации 12.04.2022

Аннотация

Один из важнейших этапов в создании препаратов и вакцин для борьбы с новой коронавирусной инфекцией, COVID-19, ‒ это их тестирование на релевантной модели животных. В экспериментальной медицине удобной моделью, с хорошо изученной иммунологией, считаются лабораторные мыши. Однако эти животные не подвержены заражению коронавирусом-2, вызывающим тяжелый острый респираторный синдром (SARS-CoV-2) у человека, из-за отсутствия на клетках его рецептора ‒ ангиотензинпревращающего фермента-2 человека (hACE2), необходимого для проникновения вируса в клетку. Нами показано, что интраназальное введение аденоассоциированных вирусных векторов: AAV9 и AAV-DJ, ‒ кодирующих hACE2, приводит к высокому уровню экспрессии гена этого белка, ACE2, в легких, в отличие от вектора AAV6, введение которого вызывает низкую экспрессию ACE2. При заражении SARS-CoV-2 мышей, экспрессирующих hACE2, вирус реплицировался в легких, что приводило к развитию бронхопневмонии на седьмые сутки после инфицирования. Таким образом, впервые предложена простая методика доставки гена ACE2 человека в легкие мышей путем интраназального введения аденоассоциированного вектора, позволяющая в короткие сроки получить модель животных для изучения инфекции SARS-CoV-2.

Ключевые слова: hACE2, SARS-CoV-2, AAV9, AAV6, AAV-DJ, мыши BALB/c

Список литературы

  1. Winkler E.S., Bailey A.L., Kafai N.M., Nair S., McCune B.T., Yu J., Fox J.M., Chen R.E., Earnest J.T., Keeler S.P., Ritter J.H., Kang L.I., Dort S., Robichaud A., Head R., Holtzman M.J., Diamond M.S. (2020) SARS-CoV-2 infection of human ACE2-transgenic mice causes severe lung inflammation and impaired function. Nat. Immunol. 21(11), 1327‒1335.

  2. Hassan A.O., Case J.B., Winkler E.S., Thackray L.B., Kafai N.M., Bailey A.L., McCune B.T., Fox J.M., Chen R.E., Alsoussi W.B., Turner J.S., Schmitz A.J., Lei T., Shrihari S., Keeler S.P., Fremont D.H., Greco S., McCray P.B., Jr., Perlman S., Holtzman M.J., Ellebedy A.H., Diamond M.S. (2020) A SARS-CoV-2 infection model in mice demonstrates protection by neutralizing antibodies. Cell. 182(3), 744‒753.e4.

  3. Israelow B., Song E., Mao T., Lu P., Meir A., Liu F., Alfajaro M.M., Wei J., Dong H., Homer R.J., Ring A., Wilen C.B., Iwasaki A. (2020) Mouse model of SARS-CoV-2 reveals inflammatory role of type I interferon signaling. J. Exp. Med. 7, 217(12), e20201241.

  4. Sun J., Zhuang Z., Zheng J., Li K., Wong R. L., Liu D., Huang J., He J., Zhu A., Zhao J., Li X., Xi Y., Chen R., Alshukairi A. N., Chen Z., Zhang Z., Chen C., Huang X., Li F., Lai X., Chen D., Wen L., Zhuo J., Zhang Y., Wang Y., Huang S., Dai J., Shi Y., Zheng K., Leidin-ger M.R., Chen J, Li Y., Zhong N., Meyerholz D.K., McCray P.B. Jr, Perlman S., Zhao, J. (2020) Generation of a broadly useful model for COVID-19 pathogenesis, vaccination, and treatment. Cell. 182(3), 734–743.

  5. Chan K.K., Dorosky D., Sharma P., Abbasi S.A., Dye J.M., Kranz D.M., Herbert A.S., Procko E. (2020). Engineering human ACE2 to optimize binding to the spike protein of SARS coronavirus 2. Science. 369(6508), 1261‒1265.

  6. Higuchi R., Krummel B., Saiki R. (1988) A general method of in vitro preparation and specific mutagenesis of DNA fragments: study of protein and DNA interactions. Nucleic Acids Res. 16(15), 7351–7367.

  7. Kimura T., Ferran B., Tsukahara Y., Shang Q., Desai S., Fedoce A., Pimentel D.R., Luptak I., Adachi T., Ido Y., Matsui R., Bachschmid M.M. (2019) Production of adeno-associated virus vectors for in vitro and in vivo applications. Sci. Rep. 9(1), 13601.

  8. Aurnhammer C., Haase M., Muether N., Hausl M., Rauschhuber C., Huber I., Nitschko H., Busch U., Sing A., Ehrhardt A., Baiker A. (2012) Universal real-time PCR for the detection and quantification of adeno-associated virus serotype 2-derived inverted terminal repeat sequences. Hum. Gene Ther. Methods. 23(1), 18‒28.

  9. Santry L.A., Ingrao J.C., Yu D.L., de Jong J.G., van Lieshout L.P., Wood G.A., Wootton S.K. (2017) AAV vector distribution in the mouse respiratory tract following four different methods of administration. BMC Biotechnol. 17(1), 43.

  10. Ramakrishnan M.A. (2016) Determination of 50% endpoint titer using a simple formula. World J. Virol. 5(2), 85–86.

  11. Veit S., Jany S., Fux R., Sutter G., Volz A. (2018) CD8+ T cells responding to the middle east respiratory syndrome coronavirus nucleocapsid protein delivered by vaccinia virus MVA in mice. Viruses. 10(12), 718.

  12. Sun C.-P., Jan J.-T., Wang I.-H., Ma H.-H., Ko H.-Y., Wu P.-Y., Kuo T.-J., Liao H.-N., Lan Y.-H., Sie Z.-L., Chen Y.-H., Ko Y.-A., Liao C.-C., Chen L.-Y., Lee I.-J., Tsung S.-I., Lai Y.-J., Chiang M.-T., Liang J.-J., Liu W.-C., Wang J.-R., Yuan J.P.-Y., Lin Y.-S., Tsai Y.-C., Hsieh S.-L., Li C.-W., Wu H.-C., Ko T.-M., Lin Y.-L., Tao M.-H. (2021) Rapid generation of mouse model for emerging infectious disease with the case of severe COVID-19. PLoS Pathog. 17(8), e1009758.

  13. Sefik E., Israelow B., Mirza H., Zhao J., Qu R., Kaffe E., Song E., Halene S., Meffre E., Kluger Y., Nussenzweig M., Wilen C.B., Iwasaki A., Flavell R.A. (2022) A humanized mouse model of chronic COVID-19. Nat. Biotechnol. 40, 906–920.https://doi.org/10.1038/s41587-021-01155-4

Дополнительные материалы отсутствуют.