Receptor-binding domain of SARS-CoV-2 contribution to the neutrophil activation during 100 nm particle-induced immune response in conduction airway mucosa of mice

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

BACKGROUND: Airborne pathogens such as virus particles undergo elimination from the respiratory tract by mucociliary clearance and phagocytosis by immune cells. The data about phagocytic cell type infiltration and stimuli that attract phagocytic cells to conducting airway are required for the anti-virus immune response mechanism understanding and the treatment strategy development.

AIM: To detect the role of the receptor-binding domain of SARS-CoV-2 in neutrophil immune response activation in conducting airway mucosa after 100 nm particles application.

MATERIALS AND METHODS: C57BL/6 mice received an oropharyngeal application of fluorescent 100 nm particles suspended in the receptor-binding domain of SARS-CoV-2 solution. 24 hours after, conducting airways of mice were dissected and subjected for immunohistochemistry as whole-mounts. Three-dimensional images of conducting airway regions were obtained using confocal microscopy. Quantitative image analysis was performed to estimate the ingestion activity of neutrophils in conducting airway mucosa.

RESULTS: Neutrophil migration to conducting airway mucosa was detected in case of the application of particles in receptor-binding domain solution, but not in phosphate buffer or bovine serum albumin solution. Receptor-binding domain solution alone also induced neutrophil migration to conducting airway mucosa. Infiltrating conducting airway wall mucosa neutrophils contributed to particles internalization.

CONCLUSIONS: The receptor-binding domain of SARS-CoV-2 can activate the neutrophil-mediated response in conducting airway mucosa.

About the authors

Elena L. Bolkhovitina

Shemyakin and Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry Russian Academy of Sciences

Email: alenkash83@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3386-509X

junior scientific researcher

Russian Federation, Moscow

Julia D. Vavilova

Shemyakin and Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry Russian Academy of Sciences

Email: Juliateterina12@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9075-218X

Postgraduate student, junior scientific researcher

Russian Federation, Moscow

Andrey O. Bogorodskiy

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Email: bogorodskiy173@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7589-7823

junior scientific researcher

Russian Federation, Dolgoprudny

Ivan S. Okhrimenko

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Email: ivan.okhrimenko@phystech.edu
ORCID iD: 0000-0002-1053-2778
SPIN-code: 8418-0194

scientific researcher

Russian Federation, Dolgoprudny

Valentin I. Borshchevskiy

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Email: borshchevskiy.vi@phystech.edu
ORCID iD: 0000-0003-4398-9712
SPIN-code: 2018-8957

senior scientific researcher

Russian Federation, Dolgoprudny

Marina A. Shevchenko

Shemyakin and Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: mshevch@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-5278-9937
SPIN-code: 8509-1096

scientific researcher

Russian Federation, Moscow

References

  1. Ley K, Hoffman HM, Kubes P, et al. Neutrophils: New insights and open questions. Sci Immunol. 2018;3(30):eaat4579. doi: 10.1126/sciimmunol.aat4579
  2. Jamieson AM, Pasman L, Yu S, et al. Role of tissue protection in lethal respiratory viral-bacterial coinfection. Science. 2013;340(6137):1230–1234. doi: 10.1126/science.1233632
  3. Short KR, Kroeze EJBV, Fouchier RAM, Kuiken T. Pathogenesis of influenza-induced acute respiratory distress syndrome. Lancet Infect Dis. 2014;14(1):57–69. doi: 10.1016/s1473-3099(13)70286-x
  4. Lee EKS, Gillrie MR, Li L, et al. Leukotriene B4-mediated neutrophil recruitment causes pulmonary capillaritis during lethal fungal sepsis. Cell Host Microbe. 2018;23(1):121–133.e4. doi: 10.1016/j.chom.2017.11.009
  5. Jiménez-Alcázar M, Rangaswamy C, Panda R, et al. Host DNases prevent vascular occlusion by neutrophil extracellular traps. Science. 2017;358(6367):1202–1206. doi: 10.1126/science.aam8897
  6. Veras FP, Pontelli MC, Silva CM, et al. SARS-CoV-2-triggered neutrophil extracellular traps mediate COVID-19 pathology. J Exp Med. 2020;217(12):e20201129. DOI: 10.1084%2Fjem.20201129
  7. Keshavan S, Calligari P, Stella L, et al. Nano-bio interactions: a neutrophil-centric view. Cell Death Dis. 2019;10(8):569. doi: 10.1038/s41419-019-1806-8
  8. Bogorodskiy AO, Bolkhovitina EL, Gensch T, et al. Murine intraepithelial dendritic cells interact with phagocytic cells during Aspergillus fumigatus-induced inflammation. Front Immunol. 2020;11:298. doi: 10.3389/fimmu.2020.00298
  9. Silvin A, Chapuis N, Dunsmore G, et al. Elevated calprotectin and abnormal myeloid cell subsets discriminate severe from mild COVID-19. Cell. 2020;182(6):1401–1418.e18. doi: 10.1016/j.cell.2020.08.002
  10. Boivin G, Faget J, Ancey PB, et al. Durable and controlled depletion of neutrophils in mice. Nat Commun. 2020;11(1):2762. doi: 10.1038/s41467-020-16596-9

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Inert 100 nm particles are subjected to internalization by actin-rich cells in conducting airway mucosa: a — phalloidin (cyan) allows visualizing conducting airway epithelium and actin-rich round-shape cells in the luminal side of conducting airway epithelium; b — particles (red) were observed in a free state and as agglomerates (arrows); c — merged image shows that particles agglomerates were inside actin-rich round-shape cells. Scale bar 50 µm

Download (586KB)
3. Fig. 2. RBD stimulates neutrophil infiltration to conducting airway mucosa: а — representative image of the conducting airway region 24 hours after the application of 100 nm particles in RBD solution; b — the region of conducting airway of mouse that received RBD solution alone (without particles); c — the region of conducting airway of mouse that received particles in bovine serum albumin solution. Scale bar 50 µm; d–f — enlarged images of the region indicated in a shows particles, some of them are internalized by neutrophils (arrows). Scale bar 30 µm. Phalloidin (cyan) allows to visualize epithelium and actin-rich phagocytic cells, CD11b (green) permit to observe neutrophils, particles (red)

Download (1005KB)

Copyright (c) 2021 Bolkhovitina E.L., Vavilova J.D., Bogorodskiy A.O., Okhrimenko I.S., Borshchevskiy V.I., Shevchenko M.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

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».