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Impact of Sex and Gender on COVID-19 outcomes: Role of ACE-2, TMPRSS2, and gender-specific risk factors

English title Impact of Sex and Gender on COVID-19 outcomes: Role of ACE-2, TMPRSS2, and gender-specific risk factors
Applicant Gebhard Catherine
Number 196140
Funding scheme Special Call on Coronaviruses
Research institution Klinik für Nuklearmedizin Departement Medizinische Radiologie Universitätsspital Zürich
Institution of higher education University of Zurich - ZH
Main discipline Clinical Immunology and Immunopathology
Start/End 01.06.2020 - 30.11.2021
Approved amount 262'754.00
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All Disciplines (2)

Clinical Immunology and Immunopathology
Infectious Diseases

Keywords (5)

Sex hormones; Gender; COVID-19; Inflammation; Sex

Lay Summary (German)

Die durch das neuartige Coronavirus SARS-CoV-2 ausgelöste Lungenerkrankung COVID-19 hat zu über 300 000 Todesfällen weltweit geführt und wurde im März 2019 von der WHO zu einer Pandemie erklärt. Berichte aus zahlreichen Ländern weisen darauf hin, dass Männer stärker von der Lungenkrankheit COVID-19 betroffen sind als Frauen. Über die Gründe dieser Geschlechterunterschiede ist bisher nichts bekannt.
Lay summary

Inhalt und Ziele des Forschungsprojektes

Die Schweiz gehört zu den Ländern, die die höchste Anzahl an Coronavirus-Infektionen pro 100 000 Einwohner weltweit aufweisen. Obwohl der Anteil der infizierten Frauen mit 54% höher liegt als derjenige der Männer, sterben deutlich mehr Männer als Frauen an COVID-19. Auch sind 60% der hospitalisierten COVID-19 Patienten männlich; auf den Schweizer Intensivstationen ist dieser Anteil sogar noch deutlich höher. Die biologischen und soziokulturellen Gründe, die zu der Geschlechter-Imbalance bei COVID-19 führen, sind bislang ungeklärt. In unserem Forschungsprojekt untersuchen wir nun geschlechts-spezifische Risikofaktoren, die zu einem schweren Verlauf von COVID-19 führen. Hierzu zählt der Einfluss von Geschlechtshormonen auf Rezeptoren, durch die SARS-CoV-2 in Atemwegs- und Lungenzellen gelangt. Auch werden Geschlechterunterschiede bei der Immunantwort und der Einfluss von Verhaltensweisen auf Infektionsraten und Krankheitsverlauf analysiert werden.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojektes

Die deutlichen Geschlechterunterschiede beim Krankheitsverlauf von COVID-19 zeigen auf, dass geschlechts-spezifische Einflüsse bei SARS_CoV-2 eine wichtige Rolle spielen. Das Identifizieren dieser Risikofaktoren wird dazu beitragen, dass effiziente Medikamente und Präventionsmassnahmen gegen das Coronavirus entwickelt werden können.    

Direct link to Lay Summary Last update: 23.05.2020

Responsible applicant and co-applicants


Project partner


Background: Switzerland is among the countries with the highest number of coronavirus disease-2019 (COVID-19) cases per capita in the world. Emerging evidence from China suggests that COVID-19 is deadlier for infected men than women, with a 2.8 percent fatality rate being reported in Chinese men versus 1.7 percent in women. Further, sex-disaggregated data for COVID-19 show a higher number of cases in men as compared to women. Mortality is highest in aged men and men with pre-existing cardiovascular disease. The mechanisms for the reduced reported cases and case fatality rate in women are currently unclear but may offer potential to develop novel risk stratification tools and therapeutic options for women and men.Aims and methods: We aim to analyse the available clinical and epidemiological data to confirm a reduced susceptibility of women towards COVID-19. We will clarify protective mechanisms in females by assessing clinical variables and verifying cellular and molecular key pathways in a murine model of sex hormone withdrawal, where tissue samples are already available. We hypothesize that sex related factors, such as sex hormone-driven innate and adaptive immune responses as well as hormone-regulated expression of genes encoding for the SARS-CoV2 entry receptors angiotensin converting enzyme (ACE)-2 receptor and the cellular serine protease TMPRSS2 are involved. Furthermore, gender-specific lifestyle behaviour such as smoking, psychological stress, and socioeconomic conditions will be included. Specific demographic groups including male patients on anti-androgenic treatment for prostate cancer or women receiving hormone treatment will be assessed in a prospective observational cohort study performed at the University Hospitals Zurich, Basel, and Bern. We expect that the risk of disease transmission and manifestation varies depending on sex hormone status. Further, the influence of female and male sex hormones, postmenopausal hormone replacement therapy (HRT), number of pregnancies and hormonal contraception on COVID-19 disease severity and outcome will be assessed. The acquisition of blood samples from severely ill patients hospitalized for COVID-19 will allow analysis of inflammatory profiles and their interaction with sex- and gender-specific variables. Finally, existing tissue samples from gonadectomized or sham operated young, middle aged and senescent mice of both sexes will provide information on whether the expression of ACE2 and TMPRSS2 in heart and lungs depends on age, sex, hormonal status and their interaction. Relevance and Impact: Gender disparities observed in COVID-19 vulnerability clearly emphasize the need to understand the impact of sex and gender on incidence and case fatality of the disease so that timely treatment in highly vulnerable demographic groups can be tailored to their specific needs. The proposed project will combine clinical data from ongoing cohort studies with experimental work in mice. This strategy allows rapid analysis of data and implementation of results. Our work will identify both, sex- and gender-related predictors of severe variants of COVID-19 and has the potential to identify effective therapeutic interventions.