Repurposing FDA-Approved Drugs for SARS-CoV-2 : Interaction of S1 and ACE2 in Intestinal Epithelial Cells in vitro

Das severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) wurde im Dezember 2019 in Wuhan, China, entdeckt. Es ist der Erreger der COVID-19-Pandemie und betrifft hauptsächlich die oberen Atemwege. Zu den Anzeichen und Symptomen gehören unter anderem grippeähnliche Symptome wie Fieber, Husten, Atemnot und Müdigkeit. Darüber hinaus berichteten die Patienten über andere Symptome im Zusammenhang mit dem Magen-Darm-Trakt wie Bauchschmerzen, Übelkeit und Durchfall, was auf einen anderen Übertragungsweg schließen lässt, wahrscheinlich über den fäkalen oralen Weg. Der Hauptrezeptor von SARS-CoV-2, das Angiotensin-Converting-Enzym 2 (ACE2), ist ein Transmembranprotein, das in vielen Geweben, einschließlich Lunge, Bauchspeicheldrüse und Darm, exprimiert wird. ACE2 gehört zu den Proteinen, die mit Lipid-Rafts assoziiert sind, bei denen es sich um Lipid-Mikrodomänen handelt, die hauptsächlich aus Sphingolipiden und Cholesterin bestehen. SARS-CoV-2 kommt über sein Spike-Glykoprotein (S) mit ACE2 an der Oberfläche von Wirtszellen in Kontakt. Dieses virale Protein besteht aus zwei Untereinheiten, die durch eine Spaltstelle getrennt sind. Die S1-Untereinheit ist für die Anheftung und den Eintritt von Viren verantwortlich, während die S2-Untereinheit für die Membranfusion verantwortlich ist. Das S von SARS-CoV-2 ist stark N- und O-glykosyliert. Die Glykosylierung ist eine posttranslationale Modifikation, bei den Zuckereinheiten an Proteine angefügt werden. Es ist für die ordnungsgemäße Faltung und den Transport von Proteinen sowie für die Wechselwirkungen zwischen Krankheitserregern und Wirten sowie für die Umgehung des Immunsystems von entscheidender Bedeutung, was es zu einem therapeutischen Ziel macht.

In diesem Projekt untersuchten wir die Wirkung zugelassener Glykosylierungs- und Cholesterininhibitoren auf den Transport und die Interaktion der S1-Untereinheit und ACE2 an der Oberfläche von Caco-2-Zellen, einem Zellkulturmodell von Darmepithelzellen. Im ersten Teil des Projekts exprimierten wir die S1-Untereinheit in einem Zellkulturmodell (COS-1-Zellen) und behandelten sie mit Glykosylierungsinhibitoren, nämlich N-Butyldesoxynojirimycin (NB-DNJ) und 1-Desoxymannojirimycin (dMM), um den Einfluss dieser Modulatoren auf den Transport und die Sekretion von S1 zu untersuchen. Das sekretierte S1 aus behandelten und unbehandelten COS-1-Zellen wurde dann zu Kontroll- und behandeltem Caco-2 hinzugefügt, um den Einfluss der zuvor erwähnten N-Glykosylierungsmodulatoren auf die Wechselwirkung von S1 mit ACE2 zu bewerten. Wir zeigen, dass NB-DNJ die Sekretion von S1 signifikant reduzierte, was zu einer verringerten Interaktion mit ACE2 in Caco-2-Zellen führte.Im zweiten Teil des Projekts untersuchten wir mit demselben System die Wirkung von Cholesterinhemmern, nämlich fluvastatin und simvastatin, auf den Transport von ACE2 in Caco-2-Zellen und die Interaktion von S1 mit ACE2 an der Oberfläche von Caco-2-Zellen wie zuvor beschrieben. Die Ergebnisse zeigten, dass Statine die ACE2-Expression und -Sortierung zur Bürstensaummembran von Darmepithelzellen reduzieren, indem sie cholesterinreiche Mikrodomänen zerstören. Die Erkenntnisse unterstreichen die potenziellen therapeutischen Wirkungen dieser von der FDA zugelassenen Medikamente und ihren vorteilhaften Einsatz als Off-Label-Medikamente zur Behandlung von SARS-CoV-2.