Evaluation of the impact of galectin-1 on experimental Zika vírus infection

O vírus Zika é um arbovírus da família Flaviviridae causador de uma importante doença em humanos. A fisiopatologia desta arbovirose é pouco conhecida e não existem vacinas ou terapias clinicamente aprovadas capazes de controlar e prevenir esta doença viral. A infecção por Zika pode ser desde assintomática, até provocar distúrbios neurológicos graves, como a síndrome de Guillain-Barré e a microcefalia em recém-nascidos de mães infectadas, e até a morte de neonatos e indivíduos imunocomprometidos. O reconhecimento de glicanas por lectinas do hospedeiro participa do mecanismo molecular de infecção pelo vírus Zika. A galectina-1 (Gal-1), uma proteína endógena capaz de reconhecer glicanas de agentes infecciosos, inibe a infecção causada por outro arbovírus (Dengue). Entretanto, não existem relatos na literatura sobre o papel da Gal-1 na virose causada por vírus Zika. Neste trabalho, foi avaliado o potencial efeito inibitório da Gal-1 na infecção experimental por este vírus. Com o uso das técnicas de Slot-Blot e ELISA demonstrou-se que a Gal-1 foi capaz de interagir diretamente com o vírus Zika (cepa asiática: PE243). O pré-tratamento deste vírus com Gal-1 exógena e a adição concomitante desta proteína com o inóculo viral reduziram a infecção de células A549 (carcinoma epitelial pulmonar humano) e de macrófagos de camundongos BALB/c deficientes (Lgals1-/-) ou não (Lgals1+/+) do gene da Gal-1. A lactose (carboidrato hapteno específico), e não a sacarose (carboidrato hapteno inespecífico), inibiu tanto a interação direta da Gal-1 com o vírus Zika, quanto sua ação anti viral in vitro. Curiosamente, macrófagos Lgals1-/- ou Lgals1+/+ infectados, na ausência de Gal-1 exógena, apresentaram carga viral semelhante e o tratamento da célula A549 com esta proteína, após a infecção, não reduziu a taxa de infectividade. Isso sugere a necessidade da presença de concentrações adequadas da forma ativa da Gal-1 no espaço extracelular para que exerça sua atividade anti viral na fase inicial de infecção. Para testar esta hipótese, células CHO parentais (CHO-K1: não deficientes de ligantes para Gal-1 e secretoras da forma ativa desta lectina) ou mutantes (CHO-Lec8: deficientes de ligantes para Gal-1 e não secretoras da forma ativa desta lectina), ambas transfectadas com o gene desta lectina fusionada à Green Fluorescent Protein, foram infectadas com o vírus Zika. As células CHO-Lec8 são sensíveis aos efeitos citopáticos deste vírus, diferentemente das células CHO-K1, e isto pode estar associado à incapacidade destas células em secretar a forma ativa da Gal-1. Para avaliar o impacto da Gal-1 na infecção in vivo por Zika, camundongos Lgals1-/- ou Lgals1+/+ foram infectados e seus rins e cérebros foram submetidos às análises histopatológicas (H&E). Apenas os órgãos dos animais Lgals1-/- infectados apresentaram padrão robusto de lesão tecidual (redução numérica de glomérulos, retração glomerular discreta, redução de corpos neurais e de células de Purkinje, aumento das células gliais e diminuição da densidade neurofibrilar). No bojo destes resultados, sugere-se que a forma ativa da Gal-1 no espaço extracelular participa da resistência do hospedeiro contra a infecção pelo vírus Zika. Finalmente, entende-se que este trabalho poderá contribuir para o melhor entendimento da fisiopatologia desta arbovirose, e para o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas anti-Zika associadas ao reconhecimento de carboidratos por Gal-1The Zika virus is an arbovirus of the Flaviviridae family that causes an important disease in humans. The pathophysiology of this arboviruses is poorly understood and there are no clinically approved vaccines or therapies capable of controlling and preventing this viral disease. Zika infection may be asymptomatic or even lead to severe neurological disorders, such as Guillain-Barré syndrome and microcephaly in newborns of infected mothers, and even the death of neonates and immunocompromised individuals. The recognition of glycans by host lectins participates in the molecular mechanism of Zika virus infection. Galectin-1 (Gal-1), an endogenous protein capable of recognizing glycans of infectious agents, inhibits infection caused by another arbovirus (Dengue). However, there are no reports in the literature about the role of Gal-1 in the virosis caused by Zika virus. In this work, the potential inhibitory effect of Gal-1 on experimental infection by this virus was evaluated. Slot-Blot and ELISA techniques demonstrated that Gal-1 was able to interact directly with Zika virus (Asian strain: PE243). Pretreatment of this virus with exogenous Gal-1 and the concomitant addition of this protein in the viral inoculum reduced infection of A549 (human lung epithelial carcinoma cells) and macrophages from BALB/c mice deficient or not of the Gal-1 gene, Lgals1-/- and Lgals1+/+, respectively. Lactose (specific hapten carbohydrate), but not sucrose (non-specific hapten carbohydrate), inhibited both the direct interaction of Gal-1 with the Zika virus and its anti-viral action in vitro. Interestingly, infected Lgals1-/- or Lgals1+/+ macrophages, in the absence of exogenous Gal-1, had similar viral loads, and the treatment of the A549 cell with this protein post-infection did not reduce the infectivity rate. This suggests that the presence of suitable concentrations of the active form of Gal-1 in the extracellular space is required in order to exert its anti-viral activity in the initial phase of infection. To test this hypothesis, parental CHO cells (CHO-K1: non-deficient of Gal-1 ligands and secreting the active form of this lectin) or mutants (CHO-Lec8: deficient of Gal-1 ligands and non-secreting active form of this lectin), both transfected with the gene encoding a fusion protein (Gal-1 and Green Fluorescent Protein), were infected with the Zika virus. CHO-Lec8 cells, and not CHO-K1 cells, were susceptible to the cytopathic effects of this virus, and this may be associated with the inability of these cells to secrete the active form of Gal-1. To assess the impact of Gal-1 on Zika\'s in vivo infection, Lgals1-/- or Lgals1+/+ mice were infected and their kidneys and brains were submitted to histopathological analysis (H & E). Only the organs of the infected Lgals1-/- animals presented a robust pattern of tissue injury (numerical reduction of glomeruli, discrete glomerular retraction, reduction of neural and Purkinje cells, increase of glial cells and decrease of neurofibrillary density). In the context of these results, it is suggested that the active form of Gal-1 in the extracellular space participates in host resistance against Zika virus infection. Finally, it is understood that this work may contribute to a better understanding of the pathophysiology of this arboviruses, and the development of novel anti-Zika therapeutic strategies associated with the recognition of carbohydrates by Gal-