Activation and modulation of Ire1-Xbp1 pathway in SARS-CoV-2 infected Vero cells (B.1.1.7 Alpha, B.1.617.2 Delta, B.1.1.529 Omicron variants)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: The emergence of new variants of the SARS-CoV-2 virus at the end of 2020, which became a source of increased risk for global public health, prompted the study of their molecular biological characteristics and pathogenic effects. It is known that one of the reasons for the viruses’ pathogenic action is their interaction with the defense mechanisms of the cell. Ire1 (inositol-requiring enzyme 1)-mediated splicing of Xbp1 mRNA (X-box binding protein 1) is a protective mechanism that is activated in response to the accumulation of misfolded proteins in the cell, a situation that occurs due to uncontrolled synthesis of viral proteins during infection. Studying the interaction of different variants of the SARS-CoV-2 virus with this protective mechanism will help to shed light on various aspects of the pathogenesis of a new coronavirus infection.

AIM: Study of Ire1-Xbp1 defense mechanism activation and modulation in SARS-CoV-2 infected Vero cells.

MATERIALS AND METHODS: We studied the activation of the Ire1 enzyme in Vero cells infected with various variants of the SARS-CoV-2 virus using immunoblotting and antibodies to various forms of this protein in the cell. In addition, we studied the activation of Xbp1 mRNA splicing under conditions of infection with various variants of the SARS-CoV-2 virus in a PCR reaction with specific primers.

RESULTS: Reproduction of B.1.1.529 (Omicron) strain in Vero cells is slower than B.1.1.7 (Alpha) and B.1.617.2 (Delta) strains of SARS-CoV-2. The whole reproduction cycle is 48 hours.

Ire1-dependent defense mechanism is activated after 12 hours of SARS-CoV-2 infection with either of three variants. However, despite the activation of the Ire1 endonuclease domain, there is no Xbp1 mRNA splicing in SARS-CoV-2 infected cells. Inhibition of Xbp1 mRNA splicing occurs slower in Vero cells infected with the B.1.1.529 — Omicron variant.

CONCLUSIONS: The paper describes the reproduction of various variants of the SARS-CoV-2 virus in Vero cell culture and the activation of the Ire1-Xbp1 defense mechanism during infection. The Ire1 endonuclease is phosphorylated, however, mRNA splicing of the Xbp1 transcription factor is impaired in SARS-CoV-2 infected cells. A decrease in the rate of inhibition of this protective mechanism in Vero cells infected with the Omicron (B.1.1.529) variant of the SARS-CoV-2 virus may be the reason for its lower pathogenicity described in various studies.

About the authors

Anna A. Shishova

Chumakov Federal Scientific Center for Research and Development of Immune-and-Biological Products of Russian Academy of Sciences; Sechenov First Moscow State Medical Univesity

Author for correspondence.
Email: shishova_aa@chumakovs.su
ORCID iD: 0000-0002-5907-0615

Research Associate, Laboratory of Biochemistry; Senior Lecturer of the Department of Organization of Technologies for the Production of Immunobiological Research

Russian Federation, Moscow; Moscow

Victoria S. Baryshnikova

Chumakov Federal Scientific Center for Research and Development of Immune-and-Biological Products of Russian Academy of Sciences

Email: baryshnikova_vs@chumakovs.su
ORCID iD: 0000-0002-4128-3989

Junior Research Associate, Laboratory of Biochemistry

Russian Federation, Moscow

Maya Yu. Ermakova

Chumakov Federal Scientific Center for Research and Development of Immune-and-Biological Products of Russian Academy of Sciences

Email: ermakova_mj@chumakovs.su
ORCID iD: 0000-0002-8229-7818

Microbiologist of Analytical Method Development and Validation Team

Russian Federation, Moscow

Yuriy V. Turchenko

Chumakov Federal Scientific Center for Research and Development of Immune-and-Biological Products of Russian Academy of Sciences

Email: turchenko_jv@chumakovs.su
ORCID iD: 0000-0003-0869-0045

Junior Research Associate, Laboratory of Biochemistry

Russian Federation, Moscow

Alena V. Dereventsova

Chumakov Federal Scientific Center for Research and Development of Immune-and-Biological Products of Russian Academy of Sciences

Email: dereventsova_av@chumakovs.su
ORCID iD: 0000-0002-9612-2146

Junior Research Associate, Laboratory of Biochemistry

Russian Federation, Moscow

Kseniya V. Fominykh

Chumakov Federal Scientific Center for Research and Development of Immune-and-Biological Products of Russian Academy of Sciences

Email: foxenia@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0788-514X

Research Associate, Laboratory of Biochemistry

Russian Federation, Moscow

References

  1. Xue M, Feng L. The Role of unfolded protein response in coronavirus infection and its implications for drug design. Front Microbiol. 2021;12:808593. doi: 10.3389/fmicb.2021.808593
  2. Walter P, Ron D. The unfolded protein response: from stress pathway to homeostatic regulation. Science. 2021;334(6059):1081–1086. doi: 10.1126/science.1209038
  3. Chen Y, Brandizzi F. IRE1: ER stress sensor and cell fate executor. Trends Cell Biol. 2013;23(11):547–555. doi: 10.1016/j.tcb.2013.06.005
  4. Ali MM, Bagratuni T, Davenport EL, et al. Structure of the Ire1 autophosphorylation complex and implications for the unfolded protein response. EMBO J. 2011;30(5):894–905. doi: 10.1038/emboj.2011.18
  5. Korennykh AV, Egea PF, Korostelev AA, et al. The unfolded protein response signals through high-order assembly of Ire1. Nature. 2008;457(7230):687–693. doi: 10.1038/nature07661
  6. Back SH, Lee K, Vink E, Kaufman RJ. Cytoplasmic IRE1alpha-mediated XBP1 mRNA splicing in the absence of nuclear processing and endoplasmic reticulum stress. J Biol Chem. 2006;281(27):18691–18706. doi: 10.1074/jbc.m602030200
  7. Calfon M, Zeng H, Urano F, et al. IRE1 couples endoplasmic reticulum load to secretory capacity by processing the XBP-1 mRNA. Nature. 2002;415(6867):92–96. doi: 10.1038/415092a
  8. Lee A, Iwakoshi NN, Glimcher LH. XBP-1 Regulates a subset of endoplasmic reticulum resident chaperone genes in the unfolded protein response. Mol Cell Biol. 2003;23(21):7448–7459. doi: 10.1128/mcb.23.21.7448-7459.2003
  9. Jheng JR, Lin CY, Horng JT, Lau KS. Inhibition of enterovirus 71 entry by transcription factor XBP1. Biochem Biophys Res Commun. 2012;420(4):882–887. doi: 10.1016/j.bbrc.2012.03.094
  10. Zhang HM, Ye X, Su Y, et al. Coxsackievirus B3 infection activates the unfolded protein response and induces apoptosis through downregulation of p58IPK and activation of CHOP and SREBP1. J Virol. 2010;84(17):8446–8459. doi: 10.1128/JVI.01416-09
  11. McMahan K, Giffin V, Tostanoski LH, et al. Reduced pathogenicity of the SARS-CoV-2 omicron variant in hamsters. Med (NY). 2022;3(4):262–268.e4. doi: 10.1016/j.medj.2022.03.004

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. SARS-CoV-2 cytopathic action on Vero cells, 36 hours post infection

Download (140KB)
3. Fig. 2. Phospho-Ire1 accumulation in SARS-CoV-2 infected Vero cells, B.1.1.7 (Alpha), B.1.617.2 (Delta), B.1.1.529 (Omicron) variants

Download (59KB)
4. Fig. 3. Ire1 level in SARS-CoV-2 infected Vero cells: B.1.1.7 (Alpha), B.1.617.2 (Delta), B.1.1.529 (Omicron) variants

Download (106KB)
5. Fig. 4. Xbp1 splicing in SARS-CoV-2 infected cells (Alpha and Omicron variants)

Download (60KB)

Copyright (c) 2022 Eco-Vector



Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».