La pandémie actuelle de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) a non seulement entraîné des crises mondiales de santé publique, mais a également semé le chaos dans la vie quotidienne des personnes à travers le monde. Les traitements ciblant l’infection par le nouveau coronavirus (coronavirus de la maladie respiratoire aiguë sévère 2 – SRAS-CoV-2) sont principalement de soutien et procurent un soulagement symptomatique.
Le développement de nouvelles thérapies ciblant la pathogenèse de l’infection virale en acquérant une compréhension plus approfondie de l’interaction entre le SRAS-CoV-2 et l’hôte est justifié.
Épissage alternatif (AS) – un mécanisme qui régule la diversité des protéomes par un seul épissage d’ARN, génère des ARNm alternatifs qui codent pour des isoformes de protéines distinctes. Cette voie peut être détournée par de nombreux virus pour permettre leur réplication et l’évasion immunitaire de l’hôte. Dans le SARS-CoV-2, la protéine Ddx58 se fixe au complexe cellulaire du spliceosome pour inhiber l’épissage.
En revanche, il induit de nombreux AS dans les ARN hôtes, rendant des protéines alternatives, entravant ainsi le cycle cellulaire, la synthèse d’ADN et les réponses immunitaires.
Cependant, la question de savoir si la SA joue un rôle déterminant dans la pathogenèse du COVID-19 reste obscure. Ceci peut être découvert en caractérisant le paysage d’épissage dans les cellules hôtes après l’infection par le SRAS-CoV-2.
Étude : Épissage alternatif global anormal d’ARN dans les patients COVID-19. Crédit d’image : NIAID
L’étude
Cette étude impliquait l’intégration d’ensembles de données multi-omiques pour examiner la dérégulation du mécanisme d’épissage de l’hôte et l’altération des isoformes de protéines chez les patients COVID-19.
Le but de cette étude publiée dans la revue Génétique PLOS était d’explorer l’impact d’un paysage SA modifié sur les résultats cliniques et d’identifier les transformations potentielles dans les sites de liaison aux médicaments pour les protéines chez les patients COVID-19.
Des échantillons histologiques des poumons de neuf décès par COVID-19 au début de l’épidémie dans deux hôpitaux de Wuhan, en Chine, ont été sélectionnés. Des échantillons de tissus pulmonaires sains de patients atteints de cancer du poumon ont servi de témoins appariés
Résultats
Sur les neuf échantillons pulmonaires COVID-19 sélectionnés, cinq provenaient de patients masculins ; l’âge moyen des patients était de 68 ans. La période symptomatique moyenne de ces patients était d’environ 26 jours avant le décès.
Une approche standard pour traiter le COVID-19 n’existait pas lors de l’épidémie initiale – la phase d’apparition de ces décès. Par conséquent, ces patients ont reçu différents antimicrobiens et agents immunomodulateurs.
Il a été observé que tous les échantillons infectés avaient des infiltrats inflammatoires à des degrés divers – principalement des cellules myéloïdes et des proportions plus faibles de cellules T et B. Huit échantillons infectés présentaient des quantités inférieures de cellules épithéliales. Un groupe de séquençage d’ARN unicellulaire (scRNA-seq) a montré une distribution identique des types de cellules inflammatoires.
La proportion de 9 sous-populations cellulaires dans 9 échantillons COVID-19 et 10 échantillons témoins. Les couleurs indiquent les informations sur le type de cellule. Patients L1-L9, COVID-19. F1-F10, échantillons de contrôle.
L’analyse protéomique des échantillons de poumons infectés par le SRAS-CoV-2 a révélé 4 689 protéines. Parmi ceux-ci, 235 protéines régulées positivement alors que 402 protéines régulées négativement chez les patients COVID-19. En outre, l’analyse de l’enrichissement de l’ontologie génique (GO) a détecté une dérégulation du processus des neutrophiles chez les patients infectés atteints d’une maladie grave. Ces processus comprenaient la coagulation et l’hémostase.
L’étude du réseau d’interaction protéine-protéine virus-hôte (PPI) a suggéré une dérégulation profonde de la machinerie d’épissage de l’hôte dans les échantillons infectés – ce qui est susceptible de modifier l’AS des gènes et, par conséquent, d’avoir un impact sur la réponse immunitaire de l’hôte.
Le séquençage de l’ARN en vrac a identifié 1 383 gènes ; la transcription principale a montré des changements dans l’utilisation différentielle de la transcription (DTU) chez les patients COVID-19. En fait, plusieurs gènes DTU ont joué un rôle déterminant dans l’épissage de l’ARN – dix gènes ont augmenté l’utilisation majeure de la transcription tandis que 18 autres l’ont diminué chez les patients infectés.
Pendant ce temps, le parenchyme pulmonaire ne présentait que quelques gènes de cytokines avec une utilisation variable des transcrits majeurs. Il convient de noter que le rôle crucial de l’interleukine (IL) 2 dans la prolifération des lymphocytes T et la génération de lymphocytes T effecteurs et mémoire a été reconnu. Les résultats ont indiqué que le commutateur de transcription IL2 pourrait affecter l’activation des lymphocytes T chez les patients atteints d’une maladie grave.
Dans l’ensemble, 3 937 expression de transcription différentielle (DTE) ont été observées. Chez les patients décédés, 1 890 ETTD ont été régulés à la hausse tandis que 2 047 ont été régulés à la baisse. Une majorité des gènes avec des transcriptions régulées positivement étaient associées à une réponse au stress oxydatif – signifiée par des difficultés respiratoires intenses dans la maladie COVID-19 sévère.
Les résultats ont indiqué que le SRAS-CoV-2 reconfigure les voies cellulaires centrales telles que la traduction et le métabolisme du carbone. De plus, les patients décédés ont été supposés héberger un dérèglement des interactions bidirectionnelles du poumon et du cerveau.
Le saut d’exon (ES) dénotait le changement d’épissage local le plus courant, suivi d’un événement complexe ; rétention d’introns; site d’épissage 3′ alternatif; et site d’épissage 5′ alternatif. Les conséquences fonctionnelles sur les isoformes protéiques étaient prévisibles lors de nombreux événements de SA.
Un grand réseau de connexions de co-épissage divergent a été détecté parmi les groupes de cas et de contrôle. Il a été noté que le DDX3X – le hub du réseau d’activation des neutrophiles, code une hélicase à ARN à boîte DEAD tandis que le 18e module présente une plus grande capacité d’activation des macrophages chez les patients COVID-19.
Il existait une dérégulation continue des transcrits d’expression différentielle parmi les stades modérés à ICU des patients infectés. De plus, les groupes de maladies et les donneurs sains ont exprimé un DTU et un DTE envahissants. Les résultats ont suggéré que le SRAS-CoV-2 déclenche une dérégulation complète des transcriptions des cellules immunitaires de l’hôte.
Il a également été observé que les nombres élevés de DTE étaient corrélés à de moins bons résultats cliniques – par conséquent, les patients COVID-19 peuvent être considérés comme un phénotype transcriptomique différent par rapport aux individus non infectés. De plus, l’utilisation de transcrits alternatifs a rendu la spécificité de phase marquée de la maladie.
Les résultats ont fait allusion au rôle central des perturbations de la signature de la coagulation dans les exacerbations de COVID-19. Il a également été souligné que l’immunité de l’hôte met en place une réponse antivirale efficace pendant les premières phases de l’infection, en particulier chez les patients présentant des symptômes graves – évidents à travers la signature neutrophile régulée positivement dans les cas graves et de soins intensifs.
Des événements AS généralisés ont été détectés dans des échantillons de patients COVID-19, quelle que soit la gravité de la maladie, la plupart étaient des événements ES. L’AS de LRRFIP1 s’est avérée être une signature prévalente chez les patients atteints d’une maladie grave. Par conséquent, une forte corrélation a été trouvée entre la gravité du COVID-19 et les changements d’isoformes de transcription dans les échantillons de PBMC des patients infectés.
Une utilisation nettement plus élevée de l’isoforme 017, qui est cruciale pour la stimulation du PPARG par des médicaments, a été détectée. L’isoforme 002 a montré une interaction plus robuste par rapport à l’isoforme 017 avec les molécules de telmisartan. Ces altérations ont conduit à une réponse thérapeutique immunomodulatrice inadéquate chez les patients atteints d’une maladie grave. Il a été déclaré que l’isoforme canonique 002 montre une utilisation accrue dans les tissus normaux et pourrait aider à atténuer la tempête de cytokines induite par l’infection par le SRAS-CoV-2.
Les résultats ont souligné que lors de la régulation généralisée de l’AS après une infection par le SRAS-CoV-2, les cibles d’épissage altéré sont spécialement choisies pour faciliter la survie des agents pathogènes. De plus, la détection de la SA spécifique de l’exon pourrait être un biomarqueur fiable et servir de nouvelle approche dans le diagnostic et la surveillance de la progression du COVID-19.
Les résultats ont fourni des informations supplémentaires sur la complexité de l’épissage de l’ARN lors de l’infection par le SRAS-CoV-2, ce qui pourrait permettre le diagnostic et le traitement du COVID-19.
