En un artículo reciente en la revista célula molecularlos investigadores proporcionan una valiosa fuente de datos que brinda información detallada sobre los mecanismos celulares y genéticos que gobiernan la integración y expresión del virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) en el cerebro humano.

estancia: La integración del VIH en el cerebro humano está asociada con la activación de la microglía y la remodelación del genoma en 3D. Crédito de la imagen: SquareMotion/Shutterstock.com

antecedentes

El VIH ingresa al sistema nervioso central (SNC) durante las primeras dos semanas después de la infección. La microglía, las células mieloides y los macrófagos, que en conjunto constituyen del 5 al 10% de las neuronas, se infectan principalmente.

La encefalitis infectada por el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) es una complicación poco frecuente tras el descubrimiento de la terapia antirretroviral (cART); Sin embargo, el VIH es la condición ideal para estudiar cómo la replicación activa del VIH afecta al cerebro. En algunos casos, durante las etapas iniciales de la infección aguda por VIH, los pacientes experimentan síntomas neurológicos que se asemejan a una condición de VIH.

Se necesitan más datos a nivel de genoma y transcriptoma para diseñar terapias efectivas para el trastorno neurocognitivo relacionado con el VIH (HAND, por sus siglas en inglés), que afecta a entre el 20 y el 50 % de las personas que viven con el VIH en todo el mundo. Hasta la fecha, la mayoría de los estudios genómicos se han centrado en el perfil de expresión génica de los megacariocitos para demostrar los cambios metabólicos y la neuroinflamación inducidos por el VIH.

sobre estudiar

En este estudio, los investigadores llevan a cabo el primer estudio de genómica integrativa específico de tipo celular de su clase que incluye mapeo tridimensional (3D) del genoma, secuenciación del sitio de integración del VIH (IS-seq) y transcriptomas de un solo núcleo.

Mientras que los estudios anteriores utilizaron tejido a granel, en el estudio actual los investigadores utilizaron tejido del lóbulo frontal de donantes fallecidos infectados por el VIH y controles con o sin encefalitis. Más específicamente, se obtuvieron muestras de materia gris de la corteza frontal y muestras de materia blanca subcortical de tres sujetos no infectados con VIH, tres con VIH y siete infectados con VIH.

Para la precisión transcripcional a nivel celular, el equipo realizó una secuenciación de ARN monocatenario de cromo de 10 veces (snRNA-seq) en muestras de tejido del lóbulo frontal del cerebro. Además, los investigadores escanearon un solo núcleo en busca de transcripciones de VIH y observaron transcripciones de VIH en todo tipo de células cerebrales.

No se ha visualizado la reorganización tridimensional de la microglía. en vivo. Por lo tanto, el equipo creó mapas de captura de conformación cromosómica (Hi-C) de alto rendimiento de todo el genoma de microglía de cerebros HIVE con controles emparejados por edad y sexo. Según los resultados de la secuenciación de sc-RNA, estas muestras de cerebro con VIH confirmaron la expresión del VIH.

Además, los investigadores examinaron compartimentos cromosómicos de 0,1 a 10 Mb de células de microglía que posteriormente se dividieron en compartimentos A&B densos en genes y pobres en genes. En particular, la segregación de la metafase impulsa la segregación espacial de los compartimentos de los cromosomas A y B.

Debido a que el VIH remodela la estructura del compartimento de la cromatina, los investigadores han explorado los dominios topológicamente asociados (TAD) y las modificaciones cíclicas en la microglía.

Resultados

A través de snRNA-seq, se identificaron 69 843 núcleos, lo que resultó en un promedio de 2401 genes expresados ​​diferencialmente (DEG) y una profundidad promedio de 119 797 lecturas. Además, el análisis del compartimento Hi-C diferencial (dcHiC) que abarca 194 Mb del genoma de la célula glial, que tiene aproximadamente el tamaño del cromosoma 5 humano en longitud, también reveló diferencias significativas en la segmentación A/B en el cerebro con HIVE en comparación con el HIV. cerebro infectado.

Mientras se sometía a una profunda reorganización, las conformaciones cromosómicas en el sitio de los DEG en la microglía también alteraron los TAD en KG, reconectando cientos de bucles de contacto.

El genoma en el compartimento A en HIVE y microglía infectada por VIH mostró un cambio significativo del 47,3 % al 46,2 %. Además, 118 Mb de los compartimentos cromosómicos A/B de las células de la microglía HIVE cambiaron a una conformación más abierta, mientras que 76 Mb cambiaron a una conformación más cerrada en la dirección opuesta.

Las regiones del fragmento A en siete muestras de virus HIVE contenían 1940 genes expresados ​​a niveles significativamente más altos que en tres microglías infectadas por VIH del conjunto de datos snRNA-seq. En general, los cambios del compartimento Hi-C en HIVE fueron específicos para los gliomas.

El análisis de la vía funcional reveló un enriquecimiento significativo en los genes de la cascada del complemento, interferón (IFN) y otras vías de señalización de citocinas, así como vías de migración y quimiotaxis mieloide. Estos cambios indicaron un cambio en las funciones de la microglía de las funciones de apoyo neurotrófico a la inflamación debido a la integración del VIH en el cerebro.

Sorprendentemente, la microglía no cerebral de cerebros infectados con VIH mostró cambios conservados en la expresión de genes relacionados con la salud neuronal, incluso en ausencia de integración del VIH. Es probable que una agresión temprana provoque un deterioro de la mano y de las neuronas asociadas durante la infección por VIH, aunque no se trata de una infección neuronal directa.

conclusiones

El presente estudio mostró que las alteraciones 3D de todo el genoma en cerebros infectados con VIH eran específicas de los gliomas y conducían a una importante reprogramación transcripcional nuclear. Por ejemplo, los loci de genes en la microglía HIVE, con expresión regulada al alza, cambiaron a un estado transcripcional y de cromatina abierta más favorable, lo que sugiere que la integración y la transcripción del VIH causaron estos cambios inmunológicos en la microglía.

Además, las transcripciones derivadas del VIH afectaron las conformaciones cromosómicas de la microglía a través de otros mecanismos. El VIH mostró una fuerte tendencia a integrarse en el compartimento de cromatina abierta. De hecho, es probable que algunos sitios de integración del VIH dependan de las etapas de la enfermedad similar a las células T, que se informaron en estudios anteriores.

Otros virus, como el síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2), reordenamientos cromosómicos en el gen del receptor de olores. Los investigadores notaron un vínculo entre la estimulación inmunológica y la infección, lo que sugiere que la activación de las células gliales en el cerebro aumenta la infección por VIH de alguna manera.

Estas microglías son sitios de altos niveles de transcripción productora de VIH, que posteriormente se propaga desde aquí a otras poblaciones susceptibles de células cerebrales. Estos pequeños conjuntos clonales de sitios de integración del VIH se replican y aumentan las poblaciones de virus del SNC.

En general, los datos del estudio que muestran diferencias específicas del tipo de célula en los sitios de integración del VIH podrían respaldar el desarrollo de terapias de tratamiento del VIH de próxima generación.