Investigação genômica de erros inatos da imunidade em pacientes com Covid-19

Abstract

COVID-19 presents wide clinical heterogeneity, ranging from asymptomatic to critical cases. Genetic variants associated with inborn errors of immunity (IEIs), particularly those related to type I IFNs, and neutralizing autoantibodies against type I IFNs play a significant role in disease severity. This study evaluated genes responsible for inborn errors of immunity in COVID-19 patients from the state of Rio Grande do Sul, Brazil. Initially, an easy and cost-effective in-house method was developed to obtain human DNA from nasopharyngeal swabs originally collected for SARS-CoV-2 detection. This method demonstrated higher efficiency compared to commercial kits and was used to extract DNA from approximately 500 individuals to confirm genetic findings and investigate variants using a candidate-gene approach. In addition, a genetic diagnosis and case report were performed for a Brazilian child with severe combined immunodeficiency (SCID) and persistent COVID-19. Whole-exome sequencing identified a novel missense variant (p.Leu401Pro) in the JAK3 gene, classified as a variant of uncertain significance (VUS). In silico analyses suggested that this variant reduces the interaction between JAK3 and gamma chain receptors. Through in silico analyses, the study provided evidence for reclassifying the variant and deepened understanding of the role of the SH2 domain of JAK3 in disease. A cohort of 485 Brazilians who experienced COVID-19 with varying severities and outcomes was also assembled and their genomes analyzed. Among other genetic findings, variants in the POLR3A (p.Arg582His) and POLR3C (p.Gln465Ter and p.Gln483Ter) genes were identified. These genes encode subunits of the RNA polymerase III complex, which also functions as a cytosolic sensor for endogenous DNA and has been implicated in the severity of Varicella-zoster virus infection. Neutralizing autoantibodies against type I IFNs were detected in 27 (5.6%) of these patients. Autoantibodies against high concentrations of IFN- 2 were found in 3.5% of critical cases, 1.2% of severe cases, and only 0.4% of mild cases. For IFN- , 4.1% of critical patients and 0.4% of mild patients had neutralizing autoantibodies. Co-occurrence of autoantibodies against both IFN- 2 and IFN- was observed in 2.3% of critical cases, 1.2% of severe cases, and 0.4% of mild cases, and was associated with higher hospital mortality (45.5%). Our findings highlight the potential role of rare genetic variants associated with IEIs, as well as neutralizing autoantibodies against type I IFNs, in the severity of COVID-19. These results provide new insights into the disease’s mechanisms and suggest potential biomarkers for risk assessment.

A COVID-19 apresenta ampla heterogeneidade clínica, de casos assintomáticos a críticos. Variantes genéticas associadas a erros inatos da imunidade (EIIs), especialmente ligados aos IFNs tipo I, e autoanticorpos neutralizantes contra IFNs tipo I, têm papel relevante na gravidade da doença. Este estudo avaliou genes causadores de erros inatos da imunidade em pacientes com COVID-19 do estado do Rio Grande do Sul. Primeiramente foi desenvolvido um método in-house, fácil e econômico, para obtenção de DNA humano a partir de swabs nasofaríngeos coletados inicialmente para detecção de SARS-CoV-2. Este método mostrou maior eficiência quando comparado com kits comerciais e foi usado para extrair DNA de cerca de 500 indivíduos, visando confirmar achados genéticos e investigar variantes com abordagem gene-candidato. Além disso, foi realizado diagnóstico genético e relato de caso de uma criança brasileira com imunodeficiência combinada grave (SCID) e COVID-19 persistente. O sequenciamento de exoma identificou uma nova variante missense (p.Leu401Pro) no gene JAK3, classificada como VUS. Análises in silico sugeriram que a variante reduz a interação entre JAK3 e receptores da cadeia gamma. Por meio de análises in-silico, o estudo forneceu evidências para a reclassificação da variante e aprofundou o entendimento do papel do domínio SH2 de JAK3 na doença. Também foi montada uma coorte e analisados os genomas de 485 brasileiros que tiveram COVID-19 com diferentes gravidades e desfechos. Dentre outros achados genéticos, foram identificadas variantes nos genes POLR3A (p.Arg582His) e POLR3C (p.Gln465Ter e p.Gln483Ter). Estes genes codificam subunidades do complexo RNA polimerase III, que também é um sensor citosólico de DNA endógeno que já foi descrito como envolvido na gravidade na infecção pelo vírus Varicella zoster. Auto-abs neutralizantes contra IFNs do tipo I foram detectados em 27 (5,6%) desses pacientes. Auto-abs contra altas concentrações de IFN- 2 foram encontrados em 3,5% dos casos críticos e 1,2% dos graves, mas apenas 0,4% dos leves. Para IFN- , 4,1% dos pacientes críticos e 0,4% dos leves apresentaram auto-abs neutralizantes. A coocorrência de auto-abs contra IFN- 2 e IFN- foi observada em 2,3% dos críticos, 1,2% dos graves e 0,4% dos leves, estando associados a maior mortalidade hospitalar (45,5%). Nossos achados evidenciam o papel potencial de variantes genéticas raras, relacionadas aos EIIs, bem como de auto-abs neutralizantes contra IFNs do tipo I na gravidade da COVID-19, oferecendo novas perspectivas sobre os mecanismos da doença e possíveis biomarcadores para avaliação de risco.