Análisis de la variación alélica y de expresión génica del receptor ACE2 en una población del Hospital Universitario San Ignacio expuesta a SARS-CoV-2

La enfermedad del coronavirus 2019 (COVID-19), es un síndrome respiratorio agudo grave causado por la infección del virus SARS-CoV-2. En marzo 2020 la Organización Mundial de la Salud (OMS) declaró el brote de esta enfermedad como una pandemia (1). Los síntomas de COVID-19 pueden aparecer entre dos y 14 días después de estar expuesto al agente viral, que pueden incluir fiebre, tos, dificultad respiratoria, cansancio, dolor general, goteo nasal, dolor de garganta, dolor de cabeza, pérdida del sentido del olfato o del gusto, diarrea y en algunos casos incluso vómito. La enfermedad de COVID-19 puede ser desde muy leve a crónica. La susceptibilidad a COVID-19 se ha relacionado con variables como edad (siendo más susceptible la población que supera los 60 años), sexo, respuesta inmune, variantes genéticas y presencia de comorbilidades como hipertensión, diabetes, enfermedades coronarias, enfermedad obstructiva pulmonar, Cáncer de pulmón, entre otras (2). Los coronavirus pertenecen a la subfamilia Orthocoronavirinae de la familia Coronoaridiae (Orden Nidovirales). De acuerdo a su estructura genética, en esta subfamila se distinguen cuatro géneros: Alphacoronavirus, Betacoronavirus, Gammacoronavirus y Deltacoronavirus. Los alfacoronavirus y betacoronavirus sólo infectan a mamíferos y son responsables de infecciones respiratorias en humanos y gastroenteritis en animales (2). Estudios recientes han publicado datos que demuestran la diversidad del genoma del coronavirus SARS-CoV-2 (3). Al respecto se han identificado cerca de 200 mutaciones genéticas recurrentes en el virus (3). Los datos genómicos del virus son útiles para detectar cambios en el mismo, definir cadenas de transmisión, incluso en individuos en los que se desconoce la fuente de contagio, aparición de cepas y mejorías en los métodos de diagnóstico, aportando al estudio de la pandemia del COVID-19 en el país. Estructuralmente los coronavirus son virus esféricos de 100-160 nm de diámetro, con envuelta de bicapa lipídica y que contienen ARN monocatenario (ssRNA) entre 26 y 32 kilobases de longitud. El genoma del virus SARS-CoV-2 codifica para 4 proteínas estructurales: la proteína S (proteína de la espiga), la proteína E (de envoltura), la proteína M (de membrana) y la proteína N (nucleocápside) (Figura 1) (1). La proteína de la espiga S del coronavirus es la responsable de la entrada viral a la célula huésped. Esta proteína posee dos grandes dominios denominados sitios S1 y S2 que se encuentran separados por un sitio de clivaje a proteasas (1,4). La exitosa invasión viral requiere de un clivaje inicial de la proteína S (priming) mediado por la enzima proteolítica TMPRSS2 (que se encuentra expresado en la célula huésped). Posterior a este proceso ocurre la unión directa del dominio de unión RBD del sitio S1, con el dominio extracelular del receptor de entrada ACE2 de la célula huésped. El fragmento S2 es el responsable de mediar la fusión de la membrana viral con la membrana celular, evento que culmina en la liberación del genoma vírico en el interior de la célula (1,4) (Figura 2). En el ámbito científico es conocido que la susceptibilidad a determinadas infecciones víricas se ve influida por factores genéticos propios de cada individuo. Con estos antecedentes, se podría sugerir que es posible que el genoma de cada persona cumpla un papel importante en la respuesta al coronavirus y de esta manera es posible predecir quien corre mayor riesgo ante una infección. El interés por responder a esta pregunta ha impulsado diversas iniciativas que pretenden analizar el genoma de personas que han dado positivo para COVID-19 y buscar diferencias entre aquellas que han desarrollado síntomas más graves y aquellas que no han manifestado ningún signo de la infección o lo han hecho de forma leve (5). Un claro ejemplo de lo anterior es el gen ACE2, el cual se ha visto asociado a mayor susceptibilidad a la enfermedad. El gen ACE2 codifica para el receptor de la enzima convertidora de la angiotensina 2. Este receptor reduce la presión arterial al catalizar la hidrólisis de angiotensina II (un péptido vasoconstrictor) en angiotensina (un vasodilatador). La proteína ACE2 es una proteína de membrana tipo I que también se ha visto expresada en células de la mucosa de la cavidad oral, células epiteliales pulmonares, células del tracto intestinal, renal, vejiga y testículo (6). Como se mencionó anteriormente en pacientes con COVID-19 se ha demostrado que éste receptor es la puerta de ingreso del nuevo coronavirus 2019-nCoV/SARS-CoV-2. Estudios clínicos previos han asociado la expresión del receptor ACE2 con mayor susceptibilidad y severidad de la enfermedad. Específicamente en China, un estudio realizado con 72314 pacientes infectados demostró la asociación entre severidad de la enfermedad, sobre-expresión de ACE2 y presencia de comorbilidades tales como enfermedades cardiovasculares, diabetes mellitus e hipertensión (7). El gen ACE2 se encuentra en el cromosoma X en la región Xp22.2. Por su localización en el cromosoma, es uno de los genes que escapa del proceso de inactivación del cromosoma X. Por lo anterior, se ha establecido que pertenece a un subgrupo de genes que muestra un patrón heterogéneo de expresión sexo-específico, con mayor expresión en varios tejidos procedentes del sexo masculino (8). La inactivación del cromosoma X en humanos es incompleta y un tercio de los genes se expresa desde ambos alelos, por lo que el grado de inactivación del X puede variar entre individuos dependiente del sexo. Al respecto, estudios recientes usando single-cell sequencing, reportaron mayores perfiles de expresión de ACE2 en tejido pulmonar en asiáticos del sexo masculino (9). Otra posible explicación de la expresión sexo-específica está relacionada con el hecho de que el sexo masculino es hemicitogo para el gen, por lo que la presencia de variantes genéticas de ACE2 podría incrementar la susceptibilidad o severidad de la enfermedad. Lo anterior debido a que todos los tejidos de ese individuo estarían expresando la misma variante (9). De otra parte se ha establecido que la presencia de variantes genéticas de ACE2 en diferentes poblaciones está relacionada con cambios en su expresión génica, y por tanto podrían vincularse a mayor susceptibilidad a infección viral por SARS-CoV-2; teniendo en cuenta que el receptor es la puerta de ingreso a la célula huésped. Un reciente manuscrito exploró esta clase de análisis en diferentes poblaciones usando información de dos bases de datos públicas (China MAP y KGP-Proyecto 100 genomas). En este estudio se determinó la frecuencia de variantes alélicas de ACE2 en diferentes poblaciones y mediante un análisis de eQTLs se determinó la asociación estadística entre esas variantes y los niveles de expresión génica de ACE2. Se reportaron 15 variantes eQTLs (14 SNPS y 1 INDEL) con un q value≤ 0.05 en 20 tejidos. Las variantes reportadas fueron: rs112171234, rs12010448, rs143695310, rs1996225, rs200781818, rs2158082, rs4060, rs4646127, rs4830974, rs4830983, rs5936011, rs5936029, rs6629110, rs6632704 y rs75979613 (10). Las frecuencias alélicas de las 15 variantes eQTLs fueron comparadas entre poblaciones de: Este de Asia (EAS), Sur de Asia (SAS), Europa (EUR), Africa (AR) y América (AMR). Los resultados mostraron que las 15 variantes eQTLs tenían mayor frecuencia alélica en el set de datos de ChinaMAP y en población EAS comparado con población Europea (figura 3). Las frecuencias alélicas de las variantes más comunes (rs4646127, rs2158082, rs5936011, rs6629110, rs4830983 y rs5936029) fueron superiores al 95% en población del este de Asia EAS. De otra parte, las frecuencias alélicas de estas mismas variantes en población europea fueron mucho más baja (52%-65%) (10). Figura 3: Variantes Genéticas de ACE2 en diferentes poblaciones reportadas por Cao y colaboradores. Este de Asia (EAS), Sur de Asia (SAS), Europa (EUR), Africa (AR) y América (AMR) (10). Es importante destacar que de las 15 variantes eQTLs, 12 estuvieron asociadas a perfiles de expresión altos de ACE2 en tejidos y que su frecuencia alélica variaba dependiendo de la población analizada (10). Estos resultados permiten inferir que las variantes genéticas de ACE2 podrían ser un indicativo importante de susceptibilidad y severidad de la enfermedad COVID-19. Por ejemplo, la variante rs4646127, localizada en una región intrónica del gen ACE2, tiene la mayor frecuencia alélica en poblaciones ChinaMAP (0.0097) y EAS (0,994). Comparativamente, la frecuencia alélica de la misma variante en población EUR (0.651) y AMR (0.754) es mucho más baja. Estos hallazgos indican que en población EAS la variante genética rs4646127 está asociada a mayores niveles de expresión de ACE2 y por lo tanto podría vincularse a mayor susceptibilidad y severidad de la enfermedad (10). Todos estos resultados plantean la hipótesis de que determinadas variantes alélicas de ACE2 en diferentes poblaciones afectan la función del receptor ACE2 y por tanto podría estar relacionadas con la susceptibilidad a la infección por SARS-CoV-2 (10). En población colombiana no existen estudios que analicen las bases genéticas responsables de la expresión del receptor ACE2. La ejecución de esta clase de propuestas permitirá mejorar el conocimiento epidemiológico de la propagación de la COVID-19 a nivel mundial y a futuro será una herramienta muy útil para la búsqueda de tratamientos dirigidos e incluso se podrían llegar a proponer estrategias de intervención en la población que determinen quien está en mayor riesgo de contagio. En el presente estudio nuestra pregunta de investigación es: En una población colombiana, ¿variantes alélicas en el gen ACE2 se asocian a perfiles de expresión génica del receptor ACE2? Esta investigación permitirá ampliar el conocimiento genético de nuestra población en relación a las variantes del gen que codifica para el receptor de ingreso del virus SARS-CoV-2 y a su vez permitirá establecer asociaciones con el desenlace clínico de sujetos infectados. Para esto se analizará una población colombiana de trabajadores del sector salud, debido a su alto contacto con población infectada por SARS-CoV2.