Hypoxia modifies levels of the SARS-CoV-2 cell entry proteins, angiotensin-converting enzyme 2, and furin in fetal human brain endothelial cells
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Universidade Federal de Minas Gerais
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A hipóxia modifica os níveis das proteínas de entrada celular do SARS-CoV-2, enzima conversora de angiotensina 2 e furina, em células endoteliais do cérebro fetal humano
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Resumo
CONTEXTO:
Não se sabe se as células endoteliais do cérebro fetal humano, que formam a barreira hematoencefálica, expressam a enzima conversora de angiotensina 2 (ECA2), a serina protease transmembranar 2 (TP2) e a furina , proteínas responsáveis pela entrada do SARS-CoV-2 nas células. Além disso, não está claro se a hipóxia, comumente observada durante casos graves de COVID-19 materna, pode modificar seus níveis de expressão. Nossa hipótese é que as células endoteliais do cérebro fetal humano, isoladas de microvasos cerebrais no início e no meio da gestação, expressam ECA2, TP2 e furina. Além disso, hipotetizamos que a hipóxia modifica seus níveis de expressão de maneira dependente da idade gestacional e do tempo de exposição.
OBJETIVO:
Este estudo teve como objetivo investigar se as células endoteliais do cérebro fetal humano no início e no meio da gravidez expressam a enzima conversora de angiotensina 2, a serina protease transmembranar 2 e a furina, proteínas associadas à entrada celular do SARS-CoV-2, e determinar os efeitos da hipóxia nos níveis de expressão da enzima conversora de angiotensina 2, da serina protease transmembranar 2 e da furina em células endoteliais do cérebro fetal humano.
DESENHO DO ESTUDO:
Este foi um estudo prospectivo no qual células endoteliais cerebrais fetais humanas isoladas de microvasos cerebrais fetais no início da gravidez (12,4 ± 0,7 semanas de gestação) e no meio da gravidez (17,9 ± 0,5 semanas de gestação) (6 por grupo) foram expostas a diferentes tensões de oxigênio (20%, 5% e 1% de oxigênio) por 6, 24 e 48 horas. Os níveis e a localização do RNA mensageiro e da proteína da enzima conversora de angiotensina 2, da serina protease transmembranar 2 e da furina foram avaliados por meio de reação em cadeia da polimerase quantitativa, Western blot e imunofluorescência.
RESULTADOS:
A enzima conversora de angiotensina 2 (ECA2), a serina protease transmembranar 2 (TMPRSS2) e a furina co-localizam-se com o fator de von Willebrand, um marcador de células endoteliais, em células endoteliais do cérebro fetal humano isoladas no início e no meio da gestação. No início da gestação, a expressão do RNA mensageiro da TMPRSS2 diminuiu com 5% de oxigênio em comparação com 20% de oxigênio após 6 horas de exposição ( p < 0,05). No meio da gestação, 5% de oxigênio reduziu a expressão do RNA mensageiro da ACE2 em comparação com 20% de oxigênio após 24 horas ( p < 0,05). A expressão do RNA mensageiro da furina diminuiu com 5% e 1% de oxigênio em comparação com 20% de oxigênio ( p < 0,05) após 24 horas. No meio da gestação, os níveis da proteína ECA2 diminuíram com 5% e 1% de oxigênio ( p < 0,001) após 24 horas. Em contraste, os níveis da proteína furina aumentaram com 1% de oxigênio em comparação com 20% de oxigênio após 24 horas ( P < 0,05). Após 48 horas, 1% de oxigênio aumentou os níveis da proteína da enzima conversora de angiotensina 2 em comparação com 20% de oxigênio ( P < 0,01).
CONCLUSÃO:
A hipóxia modifica a expressão de proteínas selecionadas de entrada do SARS-CoV-2 em células endoteliais do cérebro fetal humano, de forma dependente da idade gestacional e do tempo de exposição. Como a COVID-19 grave pode levar à hipóxia materna, uma expressão alterada dessas proteínas na barreira hematoencefálica humana em desenvolvimento poderia potencialmente resultar em alteração da invasão cerebral pelo SARS-CoV-2 e sequelas neurológicas em neonatos nascidos de gestações complicadas por infecção pelo SARS-CoV-2.
Abstract
BACKGROUND:
It is not known whether human fetal brain endothelial cells that form the blood-brain barrier express angiotensin-converting enzyme 2, transmembrane serine protease 2, and furin, which are SARS-CoV-2 cell entry proteins. Moreover, it is unclear whether hypoxia, commonly observed during severe maternal COVID-19, can modify their level of expression. We hypothesized that human fetal brain endothelial cells isolated from early- and midpregnancy brain microvessels express angiotensin-converting enzyme 2, transmembrane serine protease 2, and furin. Furthermore, we hypothesized that hypoxia modifies their expression levels in a gestational age– and time-of-exposure–dependent manner.
OBJECTIVE:
This study aimed to investigate whether early- and midpregnancy human fetal brain endothelial cells express angiotensin-converting enzyme 2, transmembrane serine protease 2, and furin SARS-CoV-2–associated cell entry proteins and to determine the effects of hypoxia on angiotensin-converting enzyme 2, transmembrane serine protease 2, and furin expression levels in human fetal brain endothelial cells.
STUDY DESIGN:
This was a prospective study where human fetal brain endothelial cells isolated from early-pregnancy (12.4±0.7 weeks of gestation) and midpregnancy (17.9±0.5 weeks of gestation) fetal brain microvessels (6 per group) were exposed to different oxygen tensions (20%, 5%, and 1% oxygen) for 6, 24, and 48 hours. Angiotensin-converting enzyme 2, transmembrane serine protease 2, and furin messenger RNA and protein levels and localization were assessed using quantitative polymerase chain reaction, Western blot testing, and immunofluorescence.
RESULTS:
Angiotensin-converting enzyme 2, transmembrane serine protease 2, and furin co-localize with the endothelial cell marker von Willebrand factor in human fetal brain endothelial cells isolated from early pregnancy and midpregnancy. In early pregnancy, TMPRSS2 messenger RNA expression was decreased by 5% oxygen compared with 20% oxygen after 6 hours of exposure (P<.05). In midpregnancy, 5% oxygen down-regulated ACE2 messenger RNA compared with 20% oxygen after 24 hours (P<.05). Furin messenger RNA expression was decreased under 5% and 1% oxygen compared with 20% oxygen (P<.05) after 24 hours. In midpregnancy, angiotensin-converting enzyme 2 protein levels were decreased under 5% and 1% oxygen (P<.001) after 24 hours. In contrast, furin protein levels were increased under 1% oxygen compared with 20% oxygen after 24 hours (P<.05). At 48 hours, 1% oxygen increased angiotensin-converting enzyme 2 protein levels compared with 20% oxygen (P<.01).
CONCLUSION:
Hypoxia modifies the expression of selected SARS-CoV-2 cell entry proteins in human fetal brain endothelial cells in a gestational age– and time-of-exposure–dependent manner. As severe COVID-19 may lead to maternal hypoxia, an altered expression of these proteins in the developing human blood-brain barrier could potentially lead to altered SARS-CoV-2 brain invasion and neurologic sequelae in neonates born to pregnancies complicated by SARS-CoV-2 infection.
Assunto
SARS-CoV-2, COVID-19, Barreira hematoencefálica, Hipóxia, Enzima de conversão de angiotensina 2, Furina
Palavras-chave
SARS-CoV2, Developing Blood-Brain Barrier, Hypoxia, Angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2), Transmembrane serine protease 2 (TMPRSS2), Furin
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