Commonly prescribed medicines interfere with cellular response to influenza A virus infection

Abstract

Bakgrunn Hvert år blir millioner av mennesker smittet med influensa A-virus. Mange av disse menneskene har underliggende kroniske sykdommer, slik som leddgikt, diabetes og høyt blodtrykk, og er derfor avhengige av medisinsk behandling. Legemidler kan undertrykke immunresponsen, øke smertefølsomheten og påvirke ulike effekter ved infeksjon. Slike immun- og nevromodulerende effekter er derimot ukjent blant mange av de mest foreskrevne legemidlene.

Mål Målet med denne oppgaven var å undersøke om kjente forskrevne legemidler kunne forstyrre den cellulære responsen ved en influensa infeksjon.

Metode Vi identifiserte de 45 mest forskrevne legemidlene i Midt-Norge og testet deres effekt på celledødelighet, transkripsjon og metabolisme av mock- og A/WSN/33 (H1N1)-infiserte ritnale pigment-epitel (RPE) celler og viral replikasjon. Et interaksjonsnettverk mellom forbindelsene og mulige målmolekyller ble konstruert for å identifisere mulig interaksjon mellom influensa A-virus og vertscellene.

Resultater Cytotoksisitets- og effektanalysene viste at ikke-toksiske konsentrasjoner (10 μM) av de 45 forbindelsene var virkningsløse mot FLUAV. Forbindelsene påvirket cellulær transkripsjon av gener og metabolisme av mock- og FLUAV-infiserte celler forskjellig. Blant annet påvirket furosemid genuttrykket mest, mens metformin var den eneste forbindelsen som viste kraftig nedregulering av ett viral gen, PB1-F2. De fleste forbindelsene viste nedregulering av hypoksantin, guanosin og d-ribose 5-fosfat. Interaksjonsnettverket viste at mange av forbindelsene, slik som losartan, ramipril, valsartan og cetirizin, kunne påvirke og modulere virus-vertscelle-interaksjonen gjennom ulike cellulære veier.

Konklusjon De fleste tilfeller av sykehusinnleggelser og død grunnet influensa, forekommer blant eldre. Legemidler som brukes til behandling av underliggende sykdommer kan modulere virus-vert-interaksjoner og enten dempe eller akselerere sykdommen. Her kaster vi nytt lys over virkningsmekanismene til de valgte forbindelsene, som etter ytterligere eksperimenter in vitro og in vivo, kan brukes til å redusere dødelighet, maksimere antall sunne leveår, og forbedre kvaliteten og kostnadseffektiviteten til medisinsk behandling.

Background Every year, millions of people are infected with influenza A viruses (FLUAV). Many of these people have underlying chronic diseases, such as such as arthritis, diabetes and hypertension, thus are reliant on medical treatment. Medicines can suppress immune responses, enhance pain sensitivity and disturb behavior during infections. However, such immune- and neuro-modulating effects remain elusive for many commonly prescribed medicines.

Aim The aim of this thesis is to examine if commonly prescribed medicines could interfere with cellular responses to influenza virus infection.

Method We identified 45 medicines commonly prescribed in Central Norway and tested their effect on viability, transcription and metabolism of mock- and A/WSN/33(H1N1)-infected retinal pigment epithelial (RPE) cells and viral replication. A drug-target interaction network of the compounds was constructed to identify potential implication for FLUAV-host cell interaction.

Results Cell viability assay revealed that non-toxic concentration (10 μM) of 45 compounds were ineffective against FLUAV. We found that the drugs differently affected cellular gene transcription and metabolism of mock- and FLUAV-infected cells. Furosemide, for instance, induced viral gene expression most, whilst metformin was the only compound exhibiting excessive down-regulation of one viral gene, PB1-F2. Most compounds displayed down-regulation of hypoxanthine, guanosine and d-ribose 5-phosphate. The drug-target interaction network showed that many compounds, such as losartan, ramipril, valsartan and cetirizine could target and modulate FLUAV-host cell interaction through various cellular pathways.

Conclusion Most cases of hospitalizations and death due to influenza occur among the elderly. Medicines used for treatment of underlying conditions could modulate virus-host interactions and either attenuate or accelerate the disease. Here, we shed new light on the mechanisms of action of the selected compounds, which after further experiments in vitro and in vivo, can be used to reduce the mortality, maximize the number of healthy life years, and improve the quality and cost-effectiveness of medical care.