La nouvelle maladie à coronavirus 2019 (COVID-19), causée par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2), a infecté plus de 104 millions de vies et causé plus de 2,3 millions de décès dans le monde. Bien que principalement considéré comme une maladie respiratoire, un quart des patients COVID-19 présentent également d’autres symptômes, souvent liés au système gastro-intestinal ou nerveux.
De nombreuses autres cellules du corps en plus des cellules épithéliales alvéolaires pulmonaires expriment des récepteurs de l’enzyme de conversion 2 (ACE2) de l’angiotensine – le moyen par lequel le virus pénètre dans les cellules hôtes. Le cœur, le pancréas, le tube digestif, les reins, les testicules et d’autres organes qui expriment les récepteurs ACE2, et des études ont démontré que le virus infecte le cœur, les cellules endothéliales vasculaires, les reins, le foie et le pancréas.
Dans certains cas, les patients atteints de COVID-19 présentent une pancréatite aiguë – une affection dans laquelle l’inflammation du pancréas provoque des douleurs abdominales. La pancréatite aiguë est également l’une des causes gastro-intestinales les plus fréquentes d’hospitalisation aux États-Unis. À l’heure actuelle, on ne sait pas comment le SRAS-CoV-2 infecte le pancréas et quels en sont les effets.
Pour comprendre comment le SRAS-CoV-2 infecte le pancréas et étudier ses effets, une équipe de chercheurs a utilisé les cultures pancréatiques d’origine iPSC (cellules souches pluripotentes induites) et analysé les changements cellulaires et moléculaires post-infection.
L’équipe interdisciplinaire du Cedars-Sinai Medical Center et de l’Université de Californie à Los Angeles aux États-Unis rapportent leurs observations sur le serveur de pré-impression, medRxiv *. Ils démontrent pour la première fois que le SRAS-CoV-2 peut infecter directement les cellules pancréatiques humaines dérivées de l’iPSC, avec des preuves à l’appui de la présence du virus dans le tissu pancréatique post-mortem de cas humains confirmés de COVID-19.
Ils ont découvert que l’infection par le SRAS-CoV-2 des cellules pancréatiques infectantes dérivées de l’iPSC augmentait une cytokine inflammatoire clé, CXCL12. Il est connu pour être impliqué dans le dysfonctionnement du pancréas. Ils ont observé que le SRAS-CoV-2 détournait la machinerie ribosomale dans les cellules pancréatiques et augmentait également l’expression de certains gènes de réponse au stress canalaire pancréatique. En évidence, les gènes CXCL12, NFKB1 et STAT3 ont montré une régulation à la hausse significative par rapport au contrôle.
Les chercheurs rapportent que l’analyse transcriptionnelle des cultures pancréatiques dérivées d’iPSC infectées par le SRAS-CoV-2 a démontré une réplication virale active et des signatures de maladies associées au COVID-19 spécifiques au pancréas. Les processus de ciblage de la protéine SRP ont été régulés à la hausse, indiquant que la machinerie de la cellule hôte était réorientée pour la réplication virale.
Pour cette étude, les lignées cellulaires établies ne représentent pas la physiopathologie du pancréas humain. Parce que les cellules pancréatiques humaines primaires sont en grande partie inaccessibles, les chercheurs ont développé de nouvelles méthodes pour générer des progéniteurs pancréatiques à partir de cellules souches pluripotentes induites par l’homme (iPSC), qui peuvent être différenciées en cellules endocrines (cellules β des îlots) et exocrines (acineuses et canalaires).
Les chercheurs ont généré les iPSC hautement stables à partir de volontaires sains au iPSC Core du Cedars-Sinai Medical Center à partir des cellules mononucléées du sang périphérique (PMBC) en utilisant des vecteurs plasmidiques épisomaux non intégrés basés sur oriP / EBNA1. Ces iPSC humains ont été différenciés en cultures pancréatiques adhérentes (2D) et organoïdes (3D).
Ces cultures contiennent des cellules représentatives du pancréas endocrinien humain exprimant les cellules endocrines NKX6.1 et C-peptide, les acineuses exocrines amylase et chymotrypsine (CTRC) et les cellules canalaires exocrines Cytokératine19 (CK19) et SOX9, écrivent les chercheurs.
À partir d’études de séquençage de l’ARN, ils ont établi que le pancréas, en particulier le compartiment exocrine (cellules acineuses et canalaires), a une expression élevée d’ACE2. Le sexe et l’âge ne présentent aucune différence dans l’expression des récepteurs ACE2. Les chercheurs ont démontré que les cellules pancréatiques dérivées d’iPSC utilisées dans cette étude présentent une expression ACE2 et TMPRSS2. Les deux récepteurs sont présents dans le pancréas, en particulier dans la partie exocrine.
Expression de ACE2 et TMPRSS2 dans les cellules pancréatiques exocrines. A. Cellules ductales iPanEXO CK19 (rouge) présentant une expression ACE2 (verte). B. Cellules acineuses iPanEXO Amylase (rouge), MIST1 (gris) présentent une expression ACE2 (verte). C. Les cultures iPanEXO Acinar et iPanENDO contiennent des cellules exprimant le C-peptide endocrinien, qui co-colorent également avec ACE2. D. Les cellules exocrines pancréatiques dérivées d’iPSC ainsi que les tissus acineux humains et la lignée de cellules canalaires humaines H6C7 expriment ACE2 et TMPRSS2. Les données sont présentées sous forme de moyenne ± SEM avec une signification statistique déterminée par un test t bilatéral non apparié. * p <0,05, ** p <0,01, *** p <0,001, **** p <0,0001. La barre d'échelle représente 100 μm et 20 μm pour les panneaux agrandis à côté des images principales.
Dans le contexte du pancréas endocrinien, il est bien établi que les patients atteints de diabète de type I et de type II présentent un risque plus élevé de mortalité associée au COVID-19. Les patients diabétiques COVID-19, avec des comorbidités associées telles que des maladies cardiovasculaires et une insuffisance rénale, succombent à la gravité de l’infection. Il est donc important de connaître le mécanisme de l’infection par le SRAS-CoV-2 sur le pancréas endocrinien et exocrine humain.
Les chercheurs montrent que les cellules pancréatiques, y compris les types de cellules endocrines et exocrines (acineuses et canalaires) sont sensibles à l’infection par le SRAS-CoV-2, entraînant des perturbations morphologiques ainsi qu’une altération de l’expression des marqueurs clés.
Les chercheurs ont démontré pour la première fois que le SRAS-CoV-2 peut infecter directement les cellules pancréatiques humaines dérivées de l’iPSC. Ils soutiennent cela avec des preuves de la présence du virus dans le tissu pancréatique post-mortem de cas humains confirmés de COVID-19. Correspondant à l’infection, l’étude montre des signatures inflammatoires importantes.
Le modèle basé sur l’iPSC décrit ici fournit une nouvelle plate-forme précieuse pour comprendre les réponses cellulaires spécifiques du pancréas au SRAS-CoV-2 ainsi que pour le développement de médicaments antiviraux contre le SRAS-CoV-2. «
Cette étude présente un nouveau modèle de cultures pancréatiques dérivées de l’iPSC comme une nouvelle avenue pour comprendre l’infection par le SRAS-CoV-2. Il constitue potentiellement une excellente plate-forme pour le dépistage des médicaments antiviraux spécifiques au pancréas endocrinien et exocrine, écrivent les chercheurs.
*Avis important
medRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, guider la pratique clinique / le comportement lié à la santé ou être traités comme des informations établies.