Vagal airway sensory nerve activation by beta-coronavirus spike protein

β-冠状病毒刺突蛋白激活迷走神经气道感觉神经

基本信息

  • 批准号:
    10748485
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 6.95万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-09-01 至 2025-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Activation of sensory nerves, in particular nociceptive C-fibers, is a feature of most respiratory viruses. Evidence of such activation is found in the classical consequences of C-fiber activation including sneezing, sore throat, coughing, and reflex secretions. As well as causing the troubling symptoms of viral infection, the activation of these nerves allows viruses to escape the body and be transmitted to other hosts, i.e. nociceptor activation amplifies viral spread in a community. In addition, activation of airway vagal C-fibers can lead to strong reflex bronchoconstriction and excessive secretions that likely contribute to the exacerbation of asthma particularly in children. Given the relevance to human disease, surprisingly little is known about how virus infection induces C-fiber activation and sensitization. In theory, viral infection leads to C-fiber activation by two general mechanisms. The first is that viral infection of epithelial cells leads to the production of a mediator(s) that stimulates the C-fiber terminals. The second is that the virus itself directly activates the nerves. This second mechanism will likely be dependent on the specific virus type. This proposal focuses on this second (direct) mechanism of activation as it relates to coronaviruses. I hypothesize that the coronavirus spike protein interacts directly with C-fiber terminals in a manner that activates and sensitizes the nociceptive C-fibers. My preliminary data, using three orthogonal approaches, support the conclusion that the spike protein directly activates (evokes action potential discharge) about 40- 50% of vagal C-fibers in mouse airways. My first aim is to characterize the subtype of vagal C-fibers that are activated by spike protein and also to assess whether the spike protein, short of overt activation, leads to the sensitization of C-fiber terminals, i.e. renders them more sensitive to other activating stimuli. My second aim focuses on the mechanism. I hypothesize that this interaction involves the galactin-3 fold in the spike protein, and occurs independently of the spike protein receptor ACE2 or toll-like receptors. Irrespective of the proximal binding target, I will address our hypothesis that activation is secondary to the opening of TRPV1 and or TRPA1 channels. These aims will be addressed using single cell RT-PCR analysis of mRNA expression in airway specific nociceptive C-fibers, extracellular and patch-clamp electrophysiology, and 2-photon live imaging techniques. The results of the studies are expected to provide insights into a novel mechanism of coronavirus induced airway C-fiber activation.
项目概要 感觉神经的激活,特别是伤害性 C 纤维,是大多数呼吸系统疾病的一个特征 病毒。这种激活的证据可以在 C 纤维激活的经典结果中找到 包括打喷嚏、喉咙痛、咳嗽和反射性分泌物。也造成了困扰 当出现病毒感染的症状时,这些神经的激活使病毒能够逃离身体并被 传播到其他宿主,即伤害感受器激活会放大病毒在社区中的传播。此外, 气道迷走神经 C 纤维的激活可导致强烈的反射性支气管收缩和过度的支气管收缩。 可能导致哮喘恶化的分泌物,尤其是儿童哮喘。鉴于 与人类疾病的相关性,令人惊讶的是,人们对病毒感染如何诱导 C 纤维知之甚少 激活和敏化。理论上,病毒感染通过两种常见方式导致 C 纤维激活 机制。第一个是上皮细胞的病毒感染导致介质的产生 刺激 C 纤维终端。二是病毒本身直接激活神经。 第二种机制可能取决于特定的病毒类型。该提案的重点是 这第二种(直接)激活机制与冠状病毒有关。我假设 冠状病毒刺突蛋白直接与 C 纤维末端相互作用,从而激活和 使伤害性 C 纤维敏感。我使用三种正交方法的初步数据支持 刺突蛋白直接激活(引起动作电位放电)约 40- 小鼠气道中 50% 的迷走神经 C 纤维。我的第一个目标是描述迷走神经 C 纤维亚型的特征 被刺突蛋白激活,并评估刺突蛋白是否缺乏明显的 激活,导致 C 纤维终端的敏化,即使它们对其他 激活刺激。我的第二个目标集中在机制上。我假设这种相互作用 涉及刺突蛋白中半乳糖蛋白的 3 倍,并且独立于刺突蛋白发生 受体 ACE2 或 Toll 样受体。无论最近的结合目标如何,我都会解决我们的问题 假设激活是继发于 TRPV1 和/或 TRPA1 通道开放的。这些目标 将使用气道特异性 mRNA 表达的单细胞 RT-PCR 分析来解决 伤害性 C 纤维、细胞外和膜片钳电生理学以及 2 光子实时成像 技术。研究结果有望为新的机制提供见解 冠状病毒诱导气道 C 纤维激活。

项目成果

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