Comparative analysis of Zika virus and other Flavivirus infection in human neural cells

Presupposti dello studio: Zika virus (ZIKV), West Nile virus (WNV), dengue virus (DENV) e Usutu virus (USUV) sono trasmessi da zanzare ed appartengono al genere Flavivirus della famiglia Flaviviridae. L’infezione da ZIKV è associata a microcefalia fetale e sindrome di Guillan-Barrè; WNV può causare una grave sindrome neuroinvasiva nell’anziano e nei soggetti immunocompromessi; l’infezione da DENV raramente si associa a complicazioni neurologiche; USUV può causare una sindrome neuroinvasiva fatale in diverse specie di uccelli, è stato dimostrato che può infettare pure l’uomo, ma la sua patogenicità resta ancora da chiarire. Scopo: Alla luce della recente epidemia di ZIKV in America e di una probabile associazione tra l’infezione da ZIKV e lo sviluppo di microcefalia fetale, lo scopo di questo studio è stato confrontare l’infezione da ZIKV sulle cellule neurali umane con l’infezione da WNV, DENV e USUV. A tal fine, la cinetica di replicazione, l’effetto citopatico e l’immunità innata indotta dall’infezione virale sono state analizzate in cellule staminali pluripotenti indotte (hiPSCs), cellule staminali neurali derivate da iPSCs e neuroni. Materiali e metodi: Le NSCs ed i neuroni sono stati differenziati da hiPSCs. I diversi tipi cellulari sono stati infettati con l’isolato di ZIKV lignaggio asiatico (KU853013), WNV lignaggio 2 (KF179640), DENV sierotipo 2 e USUV lignaggio 1 europeo (AY453411). La carica virale è stata valutata a diversi tempi dall’infezione mediante qRT-PCR e TCID50, il livello di espressione dei geni coinvolti nell’immunità innata è stato analizzato mediante qRT-PCR e l’espressione dei markers di differenziamento cellulare mediante IF e qRT-PCR, la sopravvivenza cellulare e l’apoptosi mediante il saggio MTT e analisi dell’attivazione di caspasi-3. L’impatto dell’infezione da ZIKV sull’embriogenesi e la neurogenesi è stato valutato infettando le hiPSCs e le NSCs durante il differenziamento neurale e durante la formazione dei corpi embrioidi. Risultati: ZIKV era in grado di infettare e replicare efficientemente nelle NSCs, nei neuroni e nelle hiPSCs, causando un tipico effetto citopatico e morte cellulare per apoptosi. L’infezione ha indotto un significativo aumento dell’espressione dei geni dell’immunità innata, in particolare dei geni MDA5 (the cellular pattern recognition receptor (PRR) IFH1 gene), IFIT1 (IFN-induced protein with tetratricopeptide repeats 1) e IFIT2. I corpi embrioidi sono stati distrutti dal virus e le hiPSCs e le NSCs infettate sono morte prima di completare il differenziamento neurale. L’efficienza di replicazione di ZIKV nelle NSCs era maggiore rispetto a quella di DENV-2 e USUV, ma minore rispetto al WNV. Infatti, WNV replicava in modo più efficiente, induceva una maggiore morte cellulare e stimolava una più elevata risposta antivirale rispetto a ZIKV nei diversi tipi cellulari. Conclusione: ZIKV infetta e replica nelle NSCs, inducendo morte cellulare e impedendo lo sviluppo neurale, ma in modo meno efficiente rispetto al WNV. E’ probabile quindi che l’infezione di altri tipi cellulari sia determinante per il danno al sistema nervoso fetale indotto in modo specifico da ZIKV.