Pubblichiamo l’analisi genetica comparata del nuovo recettore del coronavirus (2019-nCoV/SARS-CoV-2) ACE2 in diverse popolazioni, tratta da Cell Discovery, effettuata del gruppo di ricerca coordinato da Yanan Cao e composto da Lin Li, Zhimin Feng, Shengqing Wan, Peide Huang, Xiaohui Sun, Fang Wen, Xuanlin Huang, Guang Ning e Weiqing Wang (National Clinical Research Centre for Metabolic Diseases, State Key Laboratory of Medical Genomics, Shanghai Clinical Center for Endocrine and Metabolic Diseases, Shanghai Institute for Endocrine and Metabolic Diseases, Ruijin Hospital, Shanghai Jiaotong University School of Medicine, 200025 Shanghai, China).
Dear editor
Il gene ACE2 codifica l’enzima di conversione dell’angiotensina-2, ovvero il recettore del coronavirus della SARS (SARS-CoV) e del coronavirus respiratorio umano NL63. Analisi recenti indicano che ACE2 potrebbe essere il recettore ospite del nuovo coronavirus 2019 nCoV/SARS-CoV-2. Studi precedenti in vitro hanno dimostrato una correlazione diretta tra l’espressione di ACE2 e l’infezione da SARS-CoV. La glicoproteina S di SARS-CoV-2 (proteina-S) si lega al recettore ACE2 per entrare nelle cellule umane. Varianti di ACE2 potrebbero ridurre il legame tra ACE2 e la proteina-S sia di SARS-CoV che di NL63. Pertanto, il livello e il pattern di espressione del recettore ACE2 umano nei diversi tessuti potrebbero essere critici per la suscettibilità, i sintomi e l’esito dell’infezione da 2019-nCoV/SARS-CoV-2. Una recente analisi con single-cell RNA-sequencing (RNA-seq) ha indicato che i maschi asiatici possono mostrare una maggiore espressione del recettore ACE2. Attualmente, i report clinici relativi all’infezione da CoV/SARS-CoV-2 del 2019 per confronto con popolazioni non asiatiche sono molto limitati. Uno studio di Monaco ha riportato quattro casi tedeschi, tutti con sintomi clinici lievi senza malattia grave. Tuttavia, la base genetica dell’espressione e della funzione del recettore ACE2 in diverse popolazioni è ancora ampiamente sconosciuta. Pertanto, sono necessarie analisi genetiche degli eQTLs (expression quantitative trait loci) e delle possibili varianti funzionali codificanti il recettore ACE2 per ulteriori indagini epidemiologiche sulla diffusione del 2019-nCoV/SARS-CoV-2 nell’Asia orientale (EAS) e in altre popolazioni. Per studiare le possibili varianti funzionali che codificano il recettore ACE2 e le differenze di frequenza allelica tra le popolazioni, abbiamo analizzato le 1700 varianti (Supplementary Table S1) del locus genico ACE2 dai database ChinaMAP (China Metabolic Analytics Project, in fase di revisione) e 1KGP (1000 Genomes Project). Sono stati considerate le frequenze alleliche di 62 varianti situate nelle regioni codificanti del locus ACE2 prese da ChinaMAP, 1KGP e altre banche dati genomiche di grandi dimensioni (Tabella supplementare S2). Dai database sono state evidenziate 32 varianti che potenzialmente potrebbero influenzare la sequenza amminoacidica del recettore ACE2 (Fig. 1a). Studi precedenti hanno dimostrato che i residui in prossimità della lisina 31, e della tirosina 41, 82–84, e 353–357 nel recettoreACE2 umano erano importanti per il legame con la proteina-S del coronavirus. Le mutazioni in questi residui non sono state riscontrate in popolazioni diverse nel nostro studio. In ChinaMAP (Fig. 1a) è stata identificata una sola variante troncante (Gln300X) di ACE2. Questi dati hanno suggerito una mancanza di mutazioni naturali resistenti al legame della proteina-S del coronavirus nelle popolazioni. Gli effetti delle varianti missenso a bassa frequenza per il legame con la proteina-S del coronavirus potrebbero essere ulteriormente studiati nelle popolazioni. Sono state mostrate le distribuzioni in diverse popolazioni di sette varianti di hotspot (Lys26Arg, Ile468Val, Ala627Val, Asn638Ser, Ser692Pro, AsnAsp720, e Leu731Ile/Leu731Phe) (Fig. 1b). Sei loci a bassa frequenza (rs200180615, rs140473595, rs199951323, rs147311723, rs149039346, e rs73635825) sono stati trovati specifici nel database 1KGP, le cui frequenze alleliche erano basse anche nei database gnomAD e TopMed. Solo due di queste sei varianti (rs200180615 e rs140473595) si possono trovare nella popolazione Han Chinese in Beijing (CHB) con frequenz allelica <0.01. È importante notare che lo SNP rs2285666 con la frequenza allelica più alta tra le altre 62 varianti mostrava una frequenza allelica maggiore nelle popolazioni in Cina-MAP (0.556) e CHS (Han Chinese South, 0.557) rispetto ad altre popolazioni (AMR, Ad Mixed American, 0.336; AFR, African, 0.2114; EUR, European.235). Inoltre, il tasso di mutazione nei maschi (0,550) era molto superiore a quello delle femmine (0,310) nella popolazione cinese (tabella supplementare S2). Complessivamente, le differenze di frequenze alleliche delle varianti codificanti per ACE2 tra le popolazioni suggeriscono che la diversa base genetica potrebbe influenzare la funzione del recettore ACE2 tra le popolazioni. Per analizzare la distribuzione di eQTL per ACE2, abbiamo usato il database Genotype Tissue Expression (GTEx) (https://www.gtexportal.org/home/datasets). Abbiamo trovato 15 varianti uniche eQTL (14 SNPs e 1 INDELs) per ACE2 con valore q ≤ 0.05 in 20 tessuti dal database GTEx (rs112171234, rs12010448, rs143695310, rs1996225, rs200781818, rs2158082, rs4060, rs46127, rs4830974, rs4830983, rs5936011, rs5936029, rs6629110, rs3266704, e 75969713). Le frequenze alleliche delle 15 varianti eQTL sono state confrontate tra diverse popolazioni. In particolare, i nostri risultati hanno mostrato che la maggior parte delle 15 varianti eQTL aveva frequenze alleliche molto più alte nel dataset di ChinaMAP e nelle popolazioni dell’Asia orientale (EAS) rispetto alle popolazioni europee (Fig. 1c e Supplementary Table S3). Le frequenze alleliche delle prime 6 varianti comuni (rs4646127, rs2158082, rs5936011, rs6629110, rs4830983 e rs5936029) erano superiori al 95% nelle popolazioni dell’Asia orientale (EAS), mentre le frequenze alleliche di queste stesse varianti nelle popolazioni europee erano molto inferiori (52%–65%). Tutte le 11 varianti comuni (con frequenza allelica > 0,05) e 1 variante rara (rs143695310) nei 15 eQTL sono associate ad una alta espressione di ACE2 nei tessuti (Tabella Supplementaria S3). Ad esempio, la variante eQTL rs4646127 (log allelic fold change = 0.314), che si torva nell’introne del gene ACE2, ha la frequenza allelica più alta in entrambe le popolazioni di ChinaMAP (0.997) e Asia orientale (0.994). In confronto, le frequenze alleliche di rs4646127 nelle popolazioni EUR (0,651) e AMR (Mixed Americans) (0,754) sono molto più basse. Questi risultati suggeriscono che i polimorfismi genetici del recettore ACE2 possono essere associati a una sua maggiore espressione nelle popolazioni dell’Asia orientale. Analisi recenti sull’espressione di ACE2 nei tessuti polmonari di popolazioni asiatiche e caucasiche sono ancora controverse. Il single-cell RNA-sequencing (RNA-seq) ha mostrato che il donatore asiatico aveva un livello di espressione di ACE2 molto più alto rispetto ai donatori caucasici e afroamericani. Al contrario, l’analisi dell’espressione di ACE2 tramite datasets derivati da microarray e RNA-seq e provenienti dai tessuti polmonari di controllo ha indicato che non ci sono differenze significative tra asiatico e caucasico, o maschio e femmina. Le cellule che esprimono il recettore ACE2 sono una piccola porzione di cellule nei tessuti polmonari. La dimensione del campione e la purezza delle cellule ACE2-positive nei campioni selezionati influenzerebbero le conclusioni. La nostra analisi ha mostrato le differenze nella distribuzione e nella frequenza allelica degli eQTLs di ACE2 in diverse popolazioni, indicando la diversità del modello di espressione di ACE2 nelle varie popolazioni (Supplementary Table S3). L’analisi a livello tissutale esteso e multiplo del single-cell RNAseq sarebbe più accurata per lo studio di espressione di ACE2 nelle diverse popolazioni. Inoltre, i nostri dati hanno mostrato una moderata differenza nelle frequenze alleliche di eQTLs tra Sud ed Est Asia, e ciò suggerisce una differenza potenziale di espressione di ACE2 nelle diverse popolazioni ed etnie dell’Asia (Fig. 1c). In sintesi, abbiamo sistematicamente analizzato le varianti codificanti del gene ACE2 e le varianti eQTL, che possono influenzare l’espressione di ACE2 utilizzando il database GTEx per confrontare le caratteristiche genomiche di ACE2 tra diverse popolazioni. I nostri risultati hanno indicato che non c’è nessuna evidente prova genetica a sostegno dell’esistenza di mutanti resistenti al legame tra ACE2 e proteina S del coronavirus in popolazioni diverse (Fig. 1a). I dati sulla distribuzione delle varianti e delle frequenze alleliche possono contribuire alle ulteriori indagini sul recettore ACE2, compreso il suo ruolo nella lesione polmonare acuta e nella funzione polmonare. Le popolazioni dell’Asia orientale hanno frequenze alleliche molto più alte per le varianti eQTL associate a una maggiore espressione di ACE2 nei tessuti (Fig. 1c), e ciò può suggerire una diversa sensibilità o risposta a 2019-nCoV/SARS-CoV-2 da popolazioni diverse in condizioni simili.
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