Un team ha scoperto due fattori genetici umani chiave che potrebbero aiutare a spiegare perché alcune persone sviluppano una grave febbre di Lassa e una serie di varianti LARGE1 legate a una ridotta possibilità di contrarre la febbre di Lassa. Il lavoro potrebbe gettare le basi per trattamenti migliori contro la febbre di Lassa e altre malattie simili. Gli scienziati stanno già lavorando a uno studio genetico simile sulla suscettibilità all’Ebola.
I risultati della ricerca sono stati pubblicati su Nature Microbiology.
Febbre di Lassa: ecco cosa dice la ricerca
Mentre esaminava il genoma umano nel 2007, la genetista computazionale Pardis Sabeti fece una scoperta che avrebbe trasformato la sua carriera di ricercatrice. Come allora ricercatore post-dottorato presso il Broad Institute del MIT e Harvard, Sabeti scoprì potenziali prove che alcune mutazioni sconosciute in un gene chiamato LARGE1 avevano un effetto benefico sulla popolazione nigeriana.
Altri scienziati avevano scoperto che questo gene era fondamentale affinché la febbre Lassa entrasse nelle cellule. Sabeti si è chiesto se una mutazione in LARGE1 potesse prevenire la febbre di Lassa, un’infezione causata dal virus Lassa, endemica nell’Africa occidentale e che può essere mortale in alcune persone mentre è solo lieve in altre.
Per scoprirlo, Sabeti decise più tardi nel 2007, come nuovo membro della facoltà dell’Università di Harvard, che uno dei primi progetti che il suo nuovo laboratorio al Broad avrebbe intrapreso sarebbe stato uno studio di associazione sull’intero genoma (GWAS) della suscettibilità alla febbre di Lassa. Ha contattato il suo collaboratore Christian Happi, ora direttore del Centro africano di eccellenza per la genomica delle malattie infettive (ACEGID) presso la Redeemer’s University in Nigeria, e insieme hanno lanciato lo studio.
L’articolo descrive anche le numerose sfide che il team ha dovuto superare durante i suoi 16 anni di collaborazione, come lo studio di un virus pericoloso e il reclutamento di pazienti affetti da una malattia non ben documentata nell’Africa occidentale. Decine di scienziati hanno contribuito al lavoro e hanno trascorso sette anni a reclutare pazienti in Nigeria e Sierra Leone e molti altri anni a stabilire il programma di ricerca e ad analizzare i risultati.
“C’è voluto davvero un villaggio per realizzare tutto questo”, ha detto Happi, co-autore senior insieme a Sabeti.
“Generazioni di persone nei nostri laboratori, in diverse istituzioni e paesi, hanno trascorso parti significative della loro carriera per portare a compimento tutto ciò”, ha aggiunto Sabeti.
I co-primi autori dello studio sono Dylan Kotliar, un medico interno residente al Brigham and Women’s Hospital e un MD/Ph.D. studente nel laboratorio di Sabeti mentre il progetto era in corso; Siddharth Raju, uno studente laureato nel laboratorio di Sabeti; Shervin Tabrizi, ricercatore post-dottorato presso il Broad; e Ikponmwosa Odia, ricercatrice presso l’Irrua Specialist Teaching Hospital in Nigeria.
Sabeti ricorda le prime discussioni del team al momento del lancio del progetto. Sapevano che dovevano essere cauti in ogni fase: per lavorare con un virus BSL-4, gli scienziati dovevano indossare tute pressurizzate collegate all’aria filtrata HEPA in uno speciale laboratorio di contenimento. La febbre di lassa provoca mal di gola, tosse e vomito, ma in alcune persone può rapidamente progredire fino all’insufficienza d’organo.
“Si è trattato di uno studio estremamente impegnativo da avviare”, ha affermato Kotliar, che ha lavorato al progetto durante tutto il suo dottorato. nel laboratorio Sabeti. “Penso che le cicatrici della battaglia, le cose che abbiamo imparato lungo il percorso su come portare a termine un progetto come questo, saranno importanti per la futura ricerca sui virus nei paesi in via di sviluppo.”
Anche trovare partecipanti allo studio sarebbe una sfida. Attualmente non esistono strumenti diagnostici approvati dalla FDA per Lassa e i casi di febbre di Lassa in genere non sono documentati. Sono meno di 1.000 i casi segnalati ogni anno in Nigeria, il paese più popoloso in cui il virus è endemico, e i casi si verificano spesso in aree rurali lontane dai centri diagnostici, molti dei quali non dispongono della tecnologia per rilevare il virus.
Le infezioni con altri virus e la complessità genomica tra diversi ceppi dello stesso febbre di Lassa possono complicare l’analisi. Inoltre, le popolazioni africane sono state storicamente sottorappresentate negli studi genetici passati, il che riduce il potere statistico nell’analisi dei dati e può rendere difficile l’identificazione delle varianti genetiche chiave.
Quando Sabeti ha iniziato a pensare a come avviare il progetto, ha contattato Happi, che conosceva grazie al loro lavoro comune sull’agente patogeno Plasmodium falciparum che causa la malaria. Con l’aiuto di collaboratori tra cui Peter Okokhere, un medico che cura i pazienti di Lassa presso l’Irrua Specialist Teaching Hospital, hanno iniziato a reclutare pazienti sia dalla Nigeria che dalla Sierra Leone. Quindi, hanno confrontato i genomi di circa 500 persone che avevano avuto la febbre di Lassa e di quasi 2.000 che non l’avevano avuta.
Nel gruppo nigeriano, il team ha scoperto che le persone con una serie di varianti nel gene LARGE1 – che modifica un recettore cellulare che si lega a determinati virus – avevano meno probabilità di contrarre la febbre di Lassa. Sabeti, Happi e i loro colleghi hanno anche trovato regioni genomiche associate alla fatalità di Lassa: nel gene LIF1, che codifica per una molecola di segnalazione immunitaria, e, nel gruppo nigeriano, nel gene GRM7, che è coinvolto nel sistema nervoso centrale.
Il team ha quindi utilizzato uno schermo su larga scala chiamato test reporter massivamente parallelo per individuare quali varianti all’interno di queste regioni genomiche potrebbero essere funzionali e potrebbero essere bersagli di nuovi trattamenti.
I ricercatori affermano che per migliorare l’individuazione e il trattamento della febbre di Lassa sono necessari più centri diagnostici e strumenti diagnostici che operino sul campo, insieme a migliori infrastrutture sanitarie per collegare località remote con i principali ospedali.
“Ciò evidenzia davvero la necessità di investimenti continui nella comprensione della genetica delle popolazioni africane”, ha aggiunto Raju. “Anche con un set di campioni relativamente limitato, abbiamo aumentato la nostra comprensione di alcune popolazioni africane, in particolare dei geni legati al sistema immunitario, e questo dimostra quanto c’è ancora molto da fare in futuro.”
Sedici anni dopo aver iniziato a pensare alla genetica della febbre di Lassa, Sabeti e Happi sono entusiasti dei risultati dello studio, che potrebbero spiegare le differenze biologiche tra la malattia lieve e quella grave. Hanno affermato che il lavoro mostra anche che attraverso collaborazioni ponderate tra paesi, sono possibili studi di associazione sull’intero genoma dei virus BSL-4. I ricercatori hanno già iniziato a condurre uno studio simile sull’Ebola in Sierra Leone e Liberia, e altri scienziati chiedono una maggiore sorveglianza degli agenti patogeni e una maggiore formazione scientifica in Africa.
“Siamo in un momento in cui possiamo effettivamente iniziare a sviluppare la diagnostica sul punto di necessità per la febbre di Lassa e testare in modo molto più ampio”, ha affermato Happi. “Abbiamo bisogno di infrastrutture migliori, ma penso che abbiamo dimostrato che questo tipo di studio è una ricerca utile.”
La Nigeria ha istituito un centro di risposta alle emergenze per contenere i crescenti casi di febbre di Lassa dopo che 26 persone sono state uccise nelle ultime tre settimane, ha affermato l’agenzia di controllo delle malattie del paese. Endemica della Nigeria, la febbre di Lassa appartiene alla stessa famiglia dei virus Ebola e Marburg, ma è molto meno mortale.
Il Centro nigeriano per il controllo delle malattie (NCDC) ha dichiarato mercoledì di aver attivato il Centro operativo nazionale di emergenza per la febbre di Lassa (EOC) in risposta all’epidemia in alcune parti del paese.
“Al 23 gennaio 2022, sono stati segnalati un totale di 115 casi confermati con 26 decessi (un tasso di mortalità del 22,6%)”, ha affermato l’NCDC. “Questi casi sono stati segnalati da trenta (30) aree di governo locale (LGA) in undici (11) stati.”
La febbre di Lassa si trasmette attraverso il contatto con le feci o l’urina dei ratti o con i fluidi corporei di una persona infetta. La maggior parte delle persone infette non mostra sintomi, ma in circa un quinto dei casi possono verificarsi gravi emorragie e insufficienza d’organo .
Il numero delle infezioni in Nigeria generalmente aumenta intorno all’inizio dell’anno, un fenomeno legato alla stagione secca. Il virus prende il nome dalla città di Lassa, nel nord della Nigeria, dove fu identificato per la prima volta nel 1969.
Anche la Nigeria, la nazione più popolosa dell’Africa con circa 210 milioni di abitanti, sta combattendo contro il Covid-19 che finora ha contagiato 252.753 persone e causato 3.134 vittime, secondo un conteggio ufficiale.
Il virus Lassa (LASV) è l’agente patogeno che causa la febbre emorragica di Lassa, una malattia endemica dell’Africa occidentale, che provoca circa 5.000 decessi ogni anno. Presso il Centro CSSB per la biologia dei sistemi strutturali, i gruppi di Uetrecht (CSSB, LIV, Uni Siegen), Kosinski (CSSB, EMBL) e Rosenthal (BNITM, CSSB) hanno lavorato insieme per rivelare il ruolo cruciale svolto dall’RNA nelle fasi critiche del processo di Lassa ciclo di vita del virus.
Nel corpo umano , 20.000 geni producono oltre un milione di forme diverse di proteine. Il virus Lassa in confronto è minuscolo poiché è composto da sole quattro proteine, note come L, NP, Z e GPC.
“Stiamo cercando di capire come queste quattro proteine possano causare danni così gravi alle cellule umane “, spiega il primo autore dello studio Lennart Sänger. “Le attività e l’espressione di queste proteine devono essere strettamente regolate e le proteine devono comunicare in modo efficiente tra loro per assumere funzioni diverse.”
Per proteggere e nascondere il virus dal rilevamento da parte del sistema immunitario , la nucleoproteina (NP) racchiude il genoma virale in un capside. Questo capside insieme all’RNA virale e alla proteina L forma complessi ribonucleoproteici (RNP).
Per propagare l’infezione, gli RNP devono ristrutturarsi continuamente per consentire la replicazione e la trascrizione del genoma virale . I ricercatori hanno studiato le interazioni tra NP e RNA virale, nonché la proteina Z, per comprendere meglio il meccanismo e la dinamica della formazione e del confezionamento dell’RNP in nuove particelle virali.
Utilizzando la spettrometria di massa strutturale, un metodo che agisce come una scala molecolare rivelando il peso atomico delle interazioni molecolari, i ricercatori hanno esaminato la dinamica tra NP e RNA virale. “Inizialmente, la proteina NP non esiste in una composizione in grado di legare l’RNA virale”, spiega Charlotte Uetrecht, leader del gruppo CSSB ed esperta in tecniche di spettrometria di massa.
“È necessario che si verifichi un cambiamento per consentire questo legame e abbiamo scoperto che l’RNA virale può avviare questo cambiamento da solo.” I ricercatori hanno identificato nell’RNA il motore del disassemblaggio dei trimeri NP ad anello in monomeri che sono poi in grado di formare assemblaggi NP legati all’RNA di ordine superiore.
I ricercatori hanno inoltre studiato più dettagliatamente l’interazione delle NP con la proteina Z. Per facilitare ciò, il gruppo Kosinski ha utilizzato AlphaFold per prevedere il sito di interazione del complesso NP-Z. Queste previsioni sono state poi verificate dai ricercatori in laboratorio.
“L’uso dell’intelligenza artificiale ci ha permesso di identificare rapidamente possibili interazioni e ci ha anche permesso di creare mutanti per verificare la nostra ipotesi”, osserva Jan Kosinski. Alla fine i ricercatori sono riusciti a dimostrare che mentre NP lega Z indipendentemente dalla presenza di RNA, questa interazione dipende dal pH.
“Nel complesso, questi risultati aiutano a migliorare la nostra comprensione dell’assemblaggio, del reclutamento e del rilascio degli RNP nel virus Lassa”, spiega Maria Rosenthal, esperta di virus Lassa presso l’Istituto Bernhard Nocht per la medicina tropicale e membro associato della CSSB. Nell’Africa occidentale, si prevede che 186 milioni di persone saranno a rischio di infezione da virus Lassa entro il 2030 e l’Organizzazione Mondiale della Sanità riconosce il virus Lassa come un agente patogeno pericoloso e ancora poco studiato.
“Capire come funziona il virus Lassa potrebbe infine consentirci di sviluppare molecole che potrebbero inibire la replicazione di questo virus e curare la febbre di Lassa”, osserva Rosenthal.
