Le infezioni virali emergenti e ri-emergenti rappresentano una sfida rilevante per la salute globale per la loro capacità di eludere l’immunità dell’ospite e indurre profonde alterazioni sistemiche. Coronaviruses e flavivirus, in particolare, interferiscono con l’immunità innata e adattativa tramite proteine virali che promuovono evasione immunitaria, persistenza dell’infezione e manifestazioni infiammatorie, coagulopatiche e neurodegenerative. Questa tesi di dottorato presenta i principali temi scientifici legati ai virus a RNA emergenti e descrive i miei contributi diretti alla progettazione, all’analisi e all’interpretazione degli studi. Sottolineo inoltre il mio ruolo nella concettualizzazione, redazione e revisione critica di lavori originali e articoli di revisione su immunità innata, neurodegenerazione e coagulopatie virali. La prima linea di ricerca ha riguardato la disregolazione immunitaria e le conseguenze neurodegenerative delle infezioni da SARS-CoV-2 e flavivirus. Per SARS-CoV-2 ho evidenziato il ruolo chiave di cellule NK, macrofagi, monociti e neutrofili nelle prime risposte antivirali e come il virus ne alteri l’equilibrio inducendo iperinfiammazione o esaurimento immunitario. Ho inoltre dimostrato che la vaccinazione attiva potentemente le cellule NK, in particolare il subset CD56^dim, conferendo caratteristiche citotossiche “memory-like” efficaci contro diverse varianti. Ho anche documentato il coinvolgimento di HLA-G e HLA-E nei meccanismi di evasione immunitaria e persistenza virale. Ho poi indagato ADAM17 come fattore dell’ospite coinvolto nella regolazione dell’infezione da SARS-CoV-2, mostrando che la sua inibizione mediante JG26 riduce lo shedding di ACE2 e la replicazione virale nelle cellule epiteliali polmonari, evidenziando una promettente strategia antivirale host-directed. Estendendo lo studio ai flavivirus, ho analizzato come le proteine NS1 solubili di Dengue, West Nile (WNV) e Zika (ZIKV) modulino l’immunità innata. Ho dimostrato che la Dengue sNS1 attiva vie infiammatorie TLR4-dipendenti nella microglia, mentre le sNS1 di WNV e ZIKV inducono risposte antivirali e pro-infiammatorie mediate da TLR3, associate a potenziale danno della barriera emato-encefalica e, per ZIKV, a complicanze neurologiche. In particolare, NS1 di WNV induce attivazione gliale e accumulo di Aβ, stabilendo un collegamento tra infezione da flavivirus e processi neurodegenerativi. La seconda linea di ricerca ha affrontato le coagulopatie virali. Ho identificato una significativa riduzione della proteina S (PROS1) nel plasma di pazienti COVID-19 con coagulopatia, verosimilmente dovuta al cleavage mediato da PLpro, collegando l’attività virale alla trombo-infiammazione e suggerendo PLpro come bersaglio terapeutico. Ho inoltre contribuito a dimostrare che NS1 dei flavivirus modula in modo differenziale la coagulazione: i flavivirus neurotrofici aumentano l’espressione del fattore tissutale e il rilascio di microvescicole procoagulanti, mentre NS1 di Dengue esercita un effetto anticoagulante, con IL-6 come mediatore centrale. Nel complesso, questi risultati supportano un modello unificato in cui SARS-CoV-2 e i flavivirus sfruttano proteine virali per manipolare l’immunità dell’ospite, promuovendo danno endoteliale, alterazioni della coagulazione e neurodegenerazione. Oltre ai progetti principali, ho contribuito a studi su interventi host-directed, tra cui l’uso di un diestere chetonico per modulare l’attivazione dell’inflammasoma NLRP3 nella microglia e la valutazione degli effetti dell’olio ozonizzato in colliri liposomiali su biofilm e resistenza antibiotica. Ho inoltre svolto analisi comparative sull’efficacia di moxifloxacina e cloramfenicolo nelle infezioni oculari. Infine, ho redatto una review che propone un modello integrato sul ruolo della regolazione immunitaria mediata dal microbiota negli esiti dell’infezione da poliomavirus e viceversa.
Emerging and re-emerging viral infections pose a major challenge to global health due to their ability to evade host immunity and induce systemic alterations. Coronaviruses and flaviviruses are particularly efficient at disrupting innate and adaptive immune pathways through viral proteins that promote immune evasion, viral persistence, and inflammatory, coagulopathic, and neurodegenerative outcomes. This PhD thesis presents key scientific themes related to emerging RNA viruses and details my direct contributions to study design, analysis, and interpretation. I highlight my role in conceptualizing, writing, and critically revising reviews and original articles on innate immunity, neurodegeneration, and virus-associated coagulopathies. The first research line focused on immune dysregulation and neurodegenerative consequences of SARS-CoV-2 and flavivirus infections. For SARS-CoV-2, my work demonstrated the central role of NK cells, macrophages, monocytes, and neutrophils in early antiviral responses and how the virus disrupts this balance, leading to hyperinflammation or immune exhaustion. I also showed that vaccination activates NK cells—especially CD56^dim cells—promoting memory-like cytotoxic features effective across variants. Additionally, I documented the involvement of HLA-G and HLA-E in immune escape and viral persistence. I investigated ADAM17 as a host factor regulating SARS-CoV-2 infection, demonstrating that its inhibition with JG26 reduces ACE2 shedding and viral replication in lung epithelial cells, identifying a promising host-directed antiviral strategy. Extending the research to flaviviruses, I explored how soluble NS1 proteins from Dengue, West Nile (WNV), and Zika (ZIKV) modulate innate immunity. I showed that Dengue sNS1 activates TLR4-dependent inflammatory pathways in microglia, while WNV and ZIKV sNS1 trigger TLR3-mediated antiviral and proinflammatory responses that may disrupt the blood–brain barrier and contribute to neurodevelopmental complications. A key finding was that WNV NS1 induces glial activation and Aβ accumulation, connecting flavivirus infection to neurodegeneration. The second major research line addressed virus-induced coagulopathies. I identified a marked reduction of protein S (PROS1) in COVID-19 patients with coagulopathy, likely caused by cleavage via PLpro, linking viral enzymatic activity to thrombo-inflammation and indicating PLpro as a therapeutic target. I also contributed to showing that flavivirus NS1 differentially modulates coagulation: neurotropic viruses increase tissue factor expression and procoagulant microvesicles, whereas Dengue NS1 exerts anticoagulant effects, with IL-6 as a key mediator. Together, these findings support a unifying model in which SARS-CoV-2 and flaviviruses exploit viral proteins such as PLpro and NS1 to manipulate host immunity, promoting endothelial injury, coagulation abnormalities, and neurodegeneration. Beyond these core projects, I contributed to studies on host-directed interventions, including the use of a ketone diester to modulate NLRP3 inflammasome activation in microglia and the effects of ozonated oil in liposomal eyedrops on bacterial biofilms and antibiotic resistance. I also performed comparative analyses of moxifloxacin and chloramphenicol efficacy in bacterial eye infections, providing insights into optimized therapeutic approaches. Finally, I authored the review “Immune Modulation by Microbiota and Its Possible Impact on Polyomavirus Infection,” in which I independently synthesized existing evidence to propose an integrated model describing how microbiota-mediated immune regulation shapes polyomavirus infection outcomes and vice versa. This work advances the conceptual framework for future system-level studies on virus–host interactions and supports the development of innovative antiviral and immunomodulatory strategies.
Host Dysregulation in Viral Infections: Immunological, Coagulative, and Neurological Pathogenesis of SARS-CoV-2 and Flaviviruses
BELTRAMI, SILVIA
2026
Abstract
Le infezioni virali emergenti e ri-emergenti rappresentano una sfida rilevante per la salute globale per la loro capacità di eludere l’immunità dell’ospite e indurre profonde alterazioni sistemiche. Coronaviruses e flavivirus, in particolare, interferiscono con l’immunità innata e adattativa tramite proteine virali che promuovono evasione immunitaria, persistenza dell’infezione e manifestazioni infiammatorie, coagulopatiche e neurodegenerative. Questa tesi di dottorato presenta i principali temi scientifici legati ai virus a RNA emergenti e descrive i miei contributi diretti alla progettazione, all’analisi e all’interpretazione degli studi. Sottolineo inoltre il mio ruolo nella concettualizzazione, redazione e revisione critica di lavori originali e articoli di revisione su immunità innata, neurodegenerazione e coagulopatie virali. La prima linea di ricerca ha riguardato la disregolazione immunitaria e le conseguenze neurodegenerative delle infezioni da SARS-CoV-2 e flavivirus. Per SARS-CoV-2 ho evidenziato il ruolo chiave di cellule NK, macrofagi, monociti e neutrofili nelle prime risposte antivirali e come il virus ne alteri l’equilibrio inducendo iperinfiammazione o esaurimento immunitario. Ho inoltre dimostrato che la vaccinazione attiva potentemente le cellule NK, in particolare il subset CD56^dim, conferendo caratteristiche citotossiche “memory-like” efficaci contro diverse varianti. Ho anche documentato il coinvolgimento di HLA-G e HLA-E nei meccanismi di evasione immunitaria e persistenza virale. Ho poi indagato ADAM17 come fattore dell’ospite coinvolto nella regolazione dell’infezione da SARS-CoV-2, mostrando che la sua inibizione mediante JG26 riduce lo shedding di ACE2 e la replicazione virale nelle cellule epiteliali polmonari, evidenziando una promettente strategia antivirale host-directed. Estendendo lo studio ai flavivirus, ho analizzato come le proteine NS1 solubili di Dengue, West Nile (WNV) e Zika (ZIKV) modulino l’immunità innata. Ho dimostrato che la Dengue sNS1 attiva vie infiammatorie TLR4-dipendenti nella microglia, mentre le sNS1 di WNV e ZIKV inducono risposte antivirali e pro-infiammatorie mediate da TLR3, associate a potenziale danno della barriera emato-encefalica e, per ZIKV, a complicanze neurologiche. In particolare, NS1 di WNV induce attivazione gliale e accumulo di Aβ, stabilendo un collegamento tra infezione da flavivirus e processi neurodegenerativi. La seconda linea di ricerca ha affrontato le coagulopatie virali. Ho identificato una significativa riduzione della proteina S (PROS1) nel plasma di pazienti COVID-19 con coagulopatia, verosimilmente dovuta al cleavage mediato da PLpro, collegando l’attività virale alla trombo-infiammazione e suggerendo PLpro come bersaglio terapeutico. Ho inoltre contribuito a dimostrare che NS1 dei flavivirus modula in modo differenziale la coagulazione: i flavivirus neurotrofici aumentano l’espressione del fattore tissutale e il rilascio di microvescicole procoagulanti, mentre NS1 di Dengue esercita un effetto anticoagulante, con IL-6 come mediatore centrale. Nel complesso, questi risultati supportano un modello unificato in cui SARS-CoV-2 e i flavivirus sfruttano proteine virali per manipolare l’immunità dell’ospite, promuovendo danno endoteliale, alterazioni della coagulazione e neurodegenerazione. Oltre ai progetti principali, ho contribuito a studi su interventi host-directed, tra cui l’uso di un diestere chetonico per modulare l’attivazione dell’inflammasoma NLRP3 nella microglia e la valutazione degli effetti dell’olio ozonizzato in colliri liposomiali su biofilm e resistenza antibiotica. Ho inoltre svolto analisi comparative sull’efficacia di moxifloxacina e cloramfenicolo nelle infezioni oculari. Infine, ho redatto una review che propone un modello integrato sul ruolo della regolazione immunitaria mediata dal microbiota negli esiti dell’infezione da poliomavirus e viceversa.I documenti in SFERA sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
