La maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) présente un large éventail de symptômes. Dans de nombreux cas bénins, il reste asymptomatique. Cependant, dans les cas symptomatiques, les effets peuvent aller d’une toux légère et d’un mal de gorge à l’anosmie et à la léthargie, et même un dysfonctionnement immunitaire, un SDRA et une défaillance de plusieurs organes.
La réponse inflammatoire et immunitaire que l’infection par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) peut induire peut s’avérer mortelle, et des chercheurs de la Harvard Medical School ont étudié dans quelle mesure cette réponse est spécifique au SRAS-CoV-2.
Étude : Un phénotype inflammatoire des monocytes spécifiques au virus est induit par le SRAS-CoV-2 à l’interface immunitaire-épithéliale. Crédit d’image : MIA Studio/Shutterstock
L’étude
Les chercheurs ont établi un modèle de coculture en utilisant ex vivo immunocytes sanguins qui étaient en contact direct avec des cellules épithéliales infectées par le virus afin d’évaluer les interactions des immunocytes avec les cellules infectées par le SRAS-CoV-2. La lignée cellulaire d’adénocarcinome colorectal humain Caco-2, connue pour être sensible à l’infection par le SRAS-CoV-2, a été utilisée à la place des cellules épithéliales pulmonaires primaires, car elles sont connues pour être difficiles à développer et à manipuler.
En utilisant la cytométrie en flux et l’immunofluorescence, ils ont découvert que la protéine de la nucléocapside du virus était exprimée dans environ 50 % des cellules Caco2. Trente-cinq heures après l’infection, tout virus non lié a été éliminé et les chercheurs ont ajouté des cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC) de donneurs de santé. Quatorze heures plus tard, ceux-ci ont été récoltés et purifiés pour le profilage du transcriptome en utilisant le séquençage de l’ARN. Bien que ces données soient de qualité inférieure à ce que l’on voit normalement, les résultats étaient toujours intéressants. L’identification des gènes différentiellement exprimés a été réalisée grâce à la convergence de deux expériences indépendantes, une troisième étant utilisée pour la validation. C’était à la place des tests statistiques traditionnels.
Les monocytes CD14+ et les cellules B présentent souvent des transcriptomes perturbés chez les patients COVID-19, l’analyse s’est donc concentrée sur ces cellules. Au moins 675 gènes différentiellement exprimés (DEG) ont été découverts dans des monocytes purifiés, la réponse la plus évidente étant l’induction de certaines des cytokines et chimiokines pro-inflammatoires les plus importantes, notamment IL1B, IL6, TNF, CCL3 et CCl4, ainsi que l’IFN antiviral stimulé gènes. Les chercheurs ont également découvert que les gènes du CMH de classe II étaient considérablement régulés à la baisse. Le transcrit de cytokine le plus induit était IL10, suivi de près par IL6, IL1B et TNF. Ceux-ci ont un ensemble complexe et complexe de mécanismes liés à la réponse immunitaire, à la mobilité cellulaire et aux voies de signalisation, et les scientifiques suggèrent que les changements que subissent les cellules lorsqu’elles sont exposées à des cellules infectées sont profonds et de grande envergure. Le changement dans les cellules Caco-2 était extrêmement doux en comparaison, ne montrant aucun des effets dont souffraient les monocytes.
Suite à cela, les chercheurs ont comparé les réponses des monocytes aux cellules épithéliales infectées par le SRAS-CoV-2 par rapport à d’autres virus, y compris l’agent pathogène respiratoire IAV et EBOV, une maladie hémorragique associée à une forte inflammation. Les niveaux d’infection épithéliale différaient entre trois virus différents, mais tous induisaient un nombre important de DEG, d’IAV et d’EBOV ~ 50% de plus que le SRAS-CoV-2. L’IAV a révélé des changements transcriptionnels très similaires au SARS-CoV-2, mais avec moins d’effet sur les cytokines pro-inflammatoires. Le CCL24 était fortement régulé à la baisse dans les deux infections, suggérant une réduction du recrutement des éosinophiles.
Les scientifiques ont ensuite incubé des PBMS dans des cultures avec le lipopolysaccharide (LPS) d’E.coli, un ligand TLR2/4, afin d’étudier la suggestion selon laquelle la signature de coculture SARS-CoV-2 pourrait montrer des éléments d’activation innée via l’activation de TLR4. Ils ont découvert que la régulation à la baisse du LPS dans les monocytes était commune aux infections par le SRAS-CoV-2 et l’IAV, mais la régulation à la hausse de la réponse n’a été trouvée que dans le SRAS-CoV-2. Lorsqu’ils ont calculé un indice pour les gènes de réponse confirmés à travers les monocytes de différents donneurs, cela a été confirmé. Le profilage des monocytes dans des cocultures avec des cellules Caco-2 infectées par l’IAV a révélé que la signature vers le bas du SRAS-CoV-2 était la plus marquée à une plage intermédiaire, mais la signature vers le haut n’était pas visible. Les monocytes EBOV ont montré en grande partie les mêmes résultats que l’IAV par rapport au SARS-CoV-2.
Pour étudier quelles protéines virales pourraient être impliquées dans la réponse spécifique au SRAS-CoV-2, des cellules Caco-2 ont été transfectées avec un panel de plasmides codant pour des candidats probables. Ceux-ci ont également été co-cultivés plus tard avec des PBMC et des monocytes profilés avec RNAseq. Le croisement des résultats montrant une variance et une différence significativement accrues par rapport aux témoins avec des transcrits de la signature induite par le SRAS-CoV-2 a révélé deux groupes de gènes, G2 et G6, qui présentaient un chevauchement significatif.
Conclusion
Les chercheurs confirment que si une partie de la réponse des monocytes au SRAS-CoV-2 est générique à l’infection virale, la plupart sont spécifiques au SARS-CoV-2, en particulier les réponses pro-inflammatoires. Ils ont également identifié plusieurs candidats probables pour les groupes de gènes responsables de cette réaction. Ils mettent en évidence le rôle de l’IFN et des ISG dans la pathogenèse du COVID-19 et offrent plus d’indices sur la manière dont cette réponse spécifique est initiée. Ces informations pourraient être essentielles pour les futurs chercheurs et développeurs de médicaments, et pourraient aider à lutter contre la réponse inflammatoire à l’infection au COVID-19 qui s’est avérée mortelle dans de nombreux cas.
