SARS-CoV-2 kann Dopamin-Neuronen infizieren und Seneszenz verursachen

Eine neue Studie berichtete, dass SARS-CoV-2, das Virus, das COVID verursacht, Dopamin-Neuronen im Gehirn infizieren und Seneszenz auslösen kann – wenn eine Zelle die Fähigkeit verliert, zu wachsen und sich zu teilen. Die Forscher von Weill Cornell Medicine, dem Memorial Sloan Kettering Cancer Center und dem Columbia University Vagelos College of Physicians and Surgeons schlagen vor, dass weitere Untersuchungen zu diesem Befund Aufschluss über die mit Long-COVID verbundenen neurologischen Symptome wie Gehirnnebel, Lethargie und Depression geben könnten .

Die Ergebnisse, veröffentlicht in Zellstammzelle am 17. Januar zeigen, dass mit SARS-CoV-2 infizierte Dopamin-Neuronen nicht mehr funktionieren und chemische Signale aussenden, die Entzündungen verursachen. Normalerweise produzieren diese Neuronen Dopamin, einen Neurotransmitter, der bei Lustgefühlen, Motivation, Gedächtnis, Schlaf und Bewegung eine Rolle spielt. Eine Schädigung dieser Neuronen steht auch im Zusammenhang mit der Parkinson-Krankheit.

„Dieses Projekt begann damit, zu untersuchen, wie verschiedene Zelltypen in verschiedenen Organen auf eine SARS-CoV-2-Infektion reagieren. Wir haben Lungenzellen, Herzzellen und Betazellen der Bauchspeicheldrüse getestet, aber der Seneszenzweg wird nur in Dopamin-Neuronen aktiviert“, sagte Senior Autor Dr. Shuibing Chen, Direktor des Center for Genomic Health, der Kilts Family Professor Surgery und Mitglied des Hartman Institute for Therapeutic Organ Regeneration bei Weill Cornell Medicine. „Das war ein völlig unerwartetes Ergebnis.“

Bestimmen, wie sich SARS-CoV-2 auf verschiedene Zellen auswirkt

Zuvor leitete Dr. Chen die Bemühungen, mehrere Zelltypen aus menschlichen Stammzellen zu erzeugen und sie zu testen, um herauszufinden, welche SARS-CoV-2 infizieren könnte. Dies ermöglichte es den Forschern, das Spektrum der Gewebe zu untersuchen, die während COVID infiziert sein könnten, was bei verschiedenen Patienten zu unterschiedlichen Symptomen führt. Sie untersuchten auch Autopsieproben von mit dem Virus infizierten Patienten, um ihre Beobachtungen anhand der im Labor gezüchteten Zellen zu bestätigen.

Überraschenderweise stellten sie fest, dass ein kleiner Prozentsatz der Dopamin-Neuronen, die SARS-CoV-2 ausgesetzt waren, infiziert war, nämlich etwa fünf Prozent. „Die Infektionsrate von Dopamin-Neuronen ist nicht so hoch wie die von Lungenzellen, dem Hauptziel des Virus, aber selbst eine kleine Population infizierter Zellen kann möglicherweise schwerwiegende Auswirkungen haben“, sagte Dr. Chen.

Interessanterweise waren nicht alle neuronalen Zelltypen anfällig für eine Virusinfektion. Die Forscher beobachteten, dass kortikale Neuronen unter identischen Versuchsbedingungen eine SARS-CoV-2-Infektion nicht zulassen.

Schutz von Dopamin-Neuronen

In dieser Arbeit identifizierten die Forscher mithilfe von Transkriptionsprofilen, wie eine SARS-CoV-2-Infektion die Genaktivität veränderte und welche Veränderungen sich daraus im Verhalten der Zellen ergaben. „Wir haben herausgefunden, dass nur Dopaminzellen den Seneszenzweg aktiviert haben“, sagte Dr. Chen. Im krassen Gegensatz dazu wurden die Gene im Seneszenzpfad bei SARS-CoV-2-infizierten Lungenorganoiden, Pankreaszellen, Leberorganoiden oder Herzzellen nicht signifikant aktiviert.

Die Forscher fanden heraus, dass die Gensignaturen – das einzigartige Muster der Genaktivität – der infizierten, im Labor gezüchteten Dopamin-Neuronen und der Dopamin-Neuronen aus COVID-Autopsieproben gleich waren. Dazu gehörten Gene, die chemische Signale für Entzündungen auslösten.

Als nächstes suchten sie nach Möglichkeiten, die Neuronen zu schützen, um das Risiko neurologischer Defekte zu verringern, wenn ein Patient mit dem Virus infiziert wird.

Die Forscher testeten Medikamente, die bereits für verschiedene Erkrankungen auf dem Markt waren, um eines zu finden, das entweder eine SARS-CoV-2-Infektion verhinderte oder infizierte Dopamin-Neuronen vor der Seneszenz rettete. Das Screening identifizierte drei Medikamente, die die SARS-CoV-2-Infektion blockierten und dadurch die Seneszenz der Dopaminzellen verhinderten: Riluzol (zur Behandlung von ALS oder der Lou-Gehrig-Krankheit), Metformin (zur Behandlung von Diabetes) und Imatinib (zur Behandlung von Krebs). Weitere Studien zu diesen Medikamenten könnten zu einer Möglichkeit führen, den Angriff des Virus auf das Gehirn zu verhindern.

Obwohl die meisten Menschen COVID ausgesetzt sind, sind nur bestimmte Personen betroffen, da viele Faktoren am Risiko für neurologische Symptome beteiligt sind, darunter die Schwere der Krankheit und die Genetik. Studien zur menschlichen Bevölkerung untersuchen diesen Aspekt weiter.

Während die klinische Relevanz dieser Ergebnisse noch unklar ist, da die Seneszenz von Dopamin-Neuronen ein Kennzeichen der Parkinson-Krankheit ist, schlagen die Forscher vor, dass Langzeit-COVID-Patienten auf ein erhöhtes Risiko für die Entwicklung Parkinson-bedingter Symptome überwacht werden sollten. Bisher wurde in Bevölkerungsstudien nicht häufig über Parkinson-Symptome berichtet.