โควิด-19 ซึ่งเกิดจากเชื้อไวรัส SARS-CoV-2 ส่งผลกระทบหลักต่อปอด ทำให้เกิดโรคปอดบวมและทำความเสียหายต่อเนื้อเยื่อปอดได้ ไวรัสนี้เข้าสู่เซลล์โดยใช้โปรตีนหนาม (spike protein) ที่จับกับตัวรับ ACE2 ซึ่งพบได้บ่อยในเซลล์ของปอดและเนื้อเยื่ออื่น ๆ ในร่างกาย การศึกษานี้ได้สร้างอนุภาคคล้ายไวรัส (VLPs) หรือไวรัสที่มีเฉพาะโครงภายนอกไม่สามารถติดเชื้อได้ จากไวรัสของกุ้งก้ามกราม โดยออกแบบให้อนุภาคมีโปรตีนขนาดเล็กที่เรียกว่า ACE2tp ซึ่งสามารถจับกับตัวรับ ACE2 บนผิวเซลล์ได้ โดยให้ชื่อว่า ACE2tp-MrNV-VLPs การเติมโปรตีน ACE2tp เข้าไปบนผิวของอนุภาคไม่ได้ส่งผลกระทบต่อโครงสร้างและรูปทรงปกติของอนุภาคคล้ายไวรัสเหล่านี้ แต่พบว่าโปรตีน ACE2tp ที่เพิ่มเข้าไป กลับช่วยให้อนุภาคจับและเข้าสู่เซลล์มนุษย์ที่มีตัวรับ ACE2 ได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้แล้วยังพบว่า อนุภาค ACE2tp-MrNV-VLPs สามารถยับยั้งการจับและเข้าสู่เซลล์ของไวรัส SARS-CoV-2 สายพันธุ์ดั้งเดิม (Wuhan) และสายพันธุ์กลายพันธุ์ เช่น Omicron BA.2 และ Delta ได้ การวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าอนุภาค ACE2tp-MrNV-VLPs อาจถูกนำมาใช้คล้ายวัคซีนเพื่อป้องกันการติดเชื้อจาก SARS-CoV-2 สายพันธุ์ต่าง ๆ และอาจใช้เป็นตัวนำส่งยารักษาโรคไปยังเซลล์ที่ติดเชื้อในอนาคตได้อีกด้วย

ที่มาและความสำคัญ

พัฒนาอนุภาคเสมือนของไวรัสกุ้งก้ามกราม ให้สามารถจับกับเซลล์มนุษย์ เพื่อผลิตวัคซีนหรืออนุภาคขนส่งยาเพื่อป้องกันโรค COVID-19

Abstract

SARS-CoV-2, the cause of COVID-19, primarily targets lung tissue, leading to pneumonia and lung injury. The spike protein of this virus binds to the common receptor on susceptible tissues and cells called the angiotensin-converting enzyme-2 (ACE2) of the angiotensin (ANG) system. In this study, we produced chimeric Macrobrachium rosenbergii nodavirus virus-like particles, presenting a short peptide ligand (ACE2tp), based on angiotensin-II (ANG II), on their outer surfaces to allow them to specifically bind to ACE2-overexpressing cells called ACE2tp-MrNV-VLPs. Replacing the ACE2tp at the protruding domains (P-domain) of the MrNV capsid proteins did not affect their normal assembly into icosahedral VLPs. The presentation of the ACE2tp on the P-domains significantly improved the binding and internalization of ACE2tp-MrNV-VLPs to hACE2-overexpressing HEK293T cells in a concentration-dependent manner. Furthermore, ACE2tp-MrNV-VLPs exhibited the ability to block the binding and infection of SARS-CoV-2 pseudovirus variants, including Wuhan, BA.2 Omicron, and Delta subtypes. Our results suggest that chimeric ACE2tp-MrNV-VLPs can serve as a blocking agent against various SARS-CoV-2 mutated variants and could also potentially serve as target-specific nano-containers to carry therapeutic agents to combat SARS-CoV-2 infections in the future.

KEYWORDS: Virus-like particle, Macrobrachium rosenbergii nodavirus (MrNV), Nanotechnology, Genetic modification, SARS-CoV-2, Recombinant capsid protein

Citation: Boonkua, S., Thongsum, O., Soongnart, P. et al. Development of chimeric MrNV virus-like particles capable of binding to SARS-CoV-2-susceptible cells and reducing infection by pseudovirus variants. Sci Rep 14, 31431 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-83024-z

RELATED SDGs:

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

ผู้ให้ข้อมูล: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.มนสิชา สมฤทธิ์
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.สมลักษณ์ อสุวพงษ์พัฒนา, รองศาสตราจารย์ ดร.วัฒนา วีรชาติยานุกูล, ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.มนสิชา สมฤทธิ์
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: Supawich Boonkua, Orawan Thongsum, Purimpuch Sonngnart, Rueangtip Chantunmapitak, Somkid Jaranathummakul
แหล่งทุนวิจัย: โครงการปริญาเอกกาญจนาภิเษก
Credit ภาพ: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.มนสิชา สมฤทธิ์
Webmaster: ว่าที่ ร.อ. นเรศ จันทรังสิกุล

Highlight

เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจที่พัฒนาจากเซลล์ต้นกำเนิดแบบชักนำสามารถติดเชื้อ SAR-COV-2 ได้และสามารถใช้เป็นเซลล์ต้นแบบในการหาความเป็นพิษต่อเซลล์หัวใจและแสดงถึงความสามารถในการยับยั้งเชื้อ SAR-CoV-2 ด้วยสารสกัด Panduratin A ในเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ

ที่มาและความสำคัญ

เชื้อไวรัส SAR-CoV-2 ก่อให้เกิดโรคทางเดินหายใจโควิด-19 (COVID-19) เริ่มมีการแพร่ระบาดในประเทศไทยในปี ค.ศ. 2019 ซึ่งในขณะนั้นยังไม่เป็นที่แน่ชัดว่าเชื้อ SAR-CoV-2 สามารถติดเชื้อในเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจได้หรือไม่ ประกอบกับความขาดแคลนของยารักษาทำให้มีการนำยาสมุนไพรไทยต่างๆ มาใช้ควบคุมสถานการณ์การแพร่ระบาด งานวิจัยชิ้นนี้จึงใช้เซลล์ต้นแบบของกล้ามเนื้อหัวใจที่พัฒนามาจากเซลล์ต้นกำเนิดแบบชักนำ เพื่อประเมินและศึกษาความสามารถในการติดเชื้อ SAR-COV2 ทดสอบความเป็นพิษและความสามารถในการยับยั้งเชื้อดังกล่าวของสารสกัดสมุนไพรกระชายขาว Panduratin A

Abstract

Establishing a drug-screening platform is critical for the discovery of potential antiviral agents against SARS-CoV-2. In this study, we developed a platform based on human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (iPSC-CMs) to investigate SARS-CoV-2 infectivity, with the aim of evaluating potential antiviral agents for anti-SARS-CoV-2 activity and cardiotoxicity. Cultured myocytes of iPSC-CMs and immortalized human cardiomyocyte cell line (AC-16) were primarily characterized for the expression of cardiac markers and host receptors of SARS-CoV-2. An infectivity model for the wild-type SARS-CoV-2 strain was then established. Infection modeling involved inoculating cells with SARS-CoV-2 at varying multiplicities of infection (MOIs) and then quantifying infection using immunofluorescence and plaque assays. Only iPSC-CMs, not AC16 cells, expressed angiotensin-converting enzyme 2 (ACE-2), and quantitative assays confirmed the dose-dependent infection of iPSC-CMs by SARS-CoV-2, unlike the uninfectable AC16 cells lacking the expression of ACE2. Cytotoxicity was evaluated using MTT assays across a concentration range. An assessment of the plant-derived compound panduratin A (panA) showed cytotoxicity at higher doses (50% cytotoxic concentration (CC₅₀) 10.09 μM) but promising antiviral activity against SARS-CoV-2 (50% inhibition concentration (IC₅₀) 0.8–1.6 μM), suppressing infection at concentrations 10 times lower than its CC₅₀. Plaque assays also showed decreased viral production following panA treatment. Overall, by modeling cardiac-specific infectivity, this iPSC-cardiomyocyte platform enables the reliable quantitative screening of compound cytotoxicity alongside antiviral efficacy. By combining disease pathogenesis and pharmacology, this system can facilitate the evaluation of potential novel therapeutics, such as panA, for drug discovery applications.

KEYWORDS: SARS-CoV-2, cardiomyocytes, drug screening, antiviral agent, panduratin A

Citation: Linn, Aung Khine, Suwimon Manopwisedjaroen, Phongthon Kanjanasirirat, Suparerk Borwornpinyo, Suradej Hongeng, Phetcharat Phanthong, and Arunee Thitithanyanont. 2024. “Unveiling the Antiviral Properties of Panduratin A through SARS-CoV-2 Infection Modeling in Cardiomyocytes” International Journal of Molecular Sciences 25, no. 3: 1427. https://doi.org/10.3390/ijms25031427

RELATED SDGs:

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

ผู้ให้ข้อมูล: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.เพชรัตน์ พานทอง
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.เพชรัตน์ พานทอง
Credit ภาพถ่าย: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.เพชรัตน์ พานทอง
แหล่งทุนวิจัย: หน่วยบริหารและจัดการทุนด้านการพัฒนากำลังคน และทุนด้านการพัฒนาสถาบันอุดมศึกษา การวิจัยและการสร้างนวัตกรรม (บพค.)