L’insuffisance rénale aiguë (IRA) est une affection associée à une morbidité et une mortalité élevées et est courante chez les patients gravement malades. Il a été rapporté que plus de 10 % des patients hospitalisés et 50 % des patients gravement malades dans les unités de soins intensifs développent cette maladie. Actuellement, le traitement de l’IRA consiste à fournir des soins de soutien et un remplacement rénal en cas d’insuffisance rénale grave. Les thérapies pour prévenir l’IRA et favoriser la guérison n’existent pas encore.
Étude : Réponses transcriptomiques du rein humain à une lésion aiguë à une résolution cellulaire unique. Crédit d’image : Arisang/Shutterstock
Il y a un manque de connaissances complètes sur les mécanismes cellulaires associés à l’IRA et la réponse aux lésions fournies par les cellules rénales. Une incidence élevée d’IRA a été observée chez les patients atteints de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19).
Une étude récente publiée sous forme de prépublication sur le bioRxiv* Le serveur tente d’effectuer un recensement comparatif d’une seule cellule de reins humains en utilisant des échantillons d’individus souffrant d’IRA et des témoins sans condition. Les résultats de l’étude peuvent améliorer les connaissances sur l’IRA et aider à concevoir des stratégies de traitement efficaces pour prévenir ou traiter la maladie.
Sommaire
Comment l’étude a-t-elle été réalisée ?
La présente étude a été menée sur des échantillons de tissus rénaux obtenus de huit personnes atteintes d’IRA sévère. Sur les huit personnes de l’étude, quatre ont reçu un diagnostic de COVID-19. Des échantillons ont été prélevés sur des individus ayant succombé à des complications dues à des infections respiratoires. Les échantillons témoins ont été prélevés sur des individus sans IRA soit après néphrectomie soit post-mortem.
Le recensement du transcriptome unicellulaire de l’AKI humain a été effectué à l’aide du séquençage de l’ARN à noyau unique (snRNA-seq) d’échantillons de rein d’individus atteints d’AKI et de témoins normaux. Les résultats de l’analyse en composantes principales (ACP) suggèrent que l’AKI était le principal déterminant des changements d’expression génique globale et spécifique au type de cellule qui ont été observés lorsque les échantillons des témoins et des individus atteints d’AKI ont été comparés. En outre, des différences dans l’expression des gènes existent même parmi les individus atteints d’AKI, ce qui indique l’existence de sous-types moléculaires distincts dans l’AKI.
La réponse de types spécifiques de cellules rénales à l’IRA a été évaluée en effectuant une analyse d’expression génique différentielle à l’aide de DESeq2.
Il a été constaté que des réponses transcriptomiques significatives à l’IRA ont été observées dans les cellules rénales du tubule proximal (PT), la branche ascendante épaisse de l’anse de Henle (TAL), le tubule contourné distal (DCT) et les tubules de connexion (CNT) , types de cellules appartenant aux régions du cortex et de la médullaire externe du rein qui présentent un risque plus élevé de lésions ischémiques et hypoxiques.
Les gènes différentiellement exprimés qui ont été identifiés étaient ceux qui codent pour des marqueurs de lésions rénales, notamment la lipocaline/lipocaline 2 associée à la gélatinase neutrophile (LCN2), la molécule de lésion rénale 1 (HAVCR1) et la protéine de liaison au facteur de croissance analogue à l’insuline 7 (IGFBP7).
Les sources de cellules rénales qui expriment ces marqueurs en réponse à une blessure ont également été identifiées. Comme indiqué précédemment, les CNT et les cellules principales des canaux collecteurs (CD-PC) étaient les principaux sites où LCN2 était régulé à la hausse et dans le cas de HAVCR1, il s’agissait de PT. En outre, la phosphoprotéine 1 sécrétée (SPP1) qui code pour l’ostéopontine a été régulée positivement dans les types de cellules rénales non leucocytaires. En corrélation avec les rapports précédents, l’ARNm de l’IGFBP7 était régulé à la hausse dans les cellules du PT et, en outre, il était également régulé à la hausse dans les podocytes et les TAL.
Les voies auxquelles appartiennent les gènes différentiellement exprimés ont été identifiées et il a été constaté que certains des gènes régulés à la hausse dans l’IRA étaient liés aux voies associées à la réponse inflammatoire telles que le facteur de nécrose tumorale alpha, l’interféron-gamma et la signalisation de l’interleukine, voies de réponse à l’hypoxie et transition épithéliale à mésenchymateuse.
De plus, il y avait une régulation à la hausse simultanée des voies fonctionnelles dans tous les types de cellules du tubule rénal en réponse à l’AKI, indiquant une réponse commune à tous les types de cellules. Semblable aux rapports précédents, la présente étude a révélé que les gènes associés au transport et au métabolisme des molécules étaient régulés à la baisse en réponse à l’IRA.
Les changements d’expression génique spécifiques aux types de cellules rénales chez les individus atteints d’IRA en présence ou en l’absence de COVID-19 ont été comparés. Il a été constaté que les réponses transcriptomiques à l’AKI dans les cellules rénales des individus affectés par COVID-19 n’étaient pas significativement différentes par rapport aux échantillons d’individus souffrant d’AKI en raison d’autres causes.
Les nouveaux états des cellules rénales liés aux lésions ont été enrichis en réponse à l’IRA
Des sous-groupes des types de cellules rénales ont été effectués et les cellules ont été séparées en fonction de leurs transcriptomes, ce qui a permis d’identifier 74 populations de cellules rénales. Celles-ci comprenaient des populations cellulaires qui ont été identifiées sur la base de sous-types cellulaires connus et, en outre, de nouvelles populations cellulaires désignées comme « nouvelles » populations cellulaires ont été identifiées qui représentaient des états cellulaires liés aux blessures.
Une analyse plus poussée a été effectuée pour identifier les sous-populations cellulaires qui étaient épuisées ou enrichies chez les individus atteints d’IRA. Le PT est connu pour être sensible aux blessures et il a été rapporté qu’il avait une propension à la dédifférenciation dans l’IRA. Les résultats de la présente étude ont montré que les cellules appartenant au PT étaient significativement épuisées, ce qui correspond aux observations précédentes. Il a en outre été découvert que les cellules médullaires TAL, DCT, CNT étaient également épuisées en réponse à l’AKI. Notamment, il a été observé que les sous-populations cellulaires « nouvelles » appartenant à ces types de cellules étaient enrichies en AKI, ce qui suggère que les sous-populations cellulaires « nouvelles » sont des états cellulaires associés à des blessures.
Les cellules endothéliales, les cellules interstitielles et les leucocytes dans les reins qui sont des types de cellules non épithéliales n’étaient ni enrichis ni épuisés en réponse à l’IRA. Une exception était un sous-type de cellules endothéliales qui était enrichi en AKI.
La population cellulaire « nouvelle » a été davantage caractérisée et quatre « nouveaux » amas de cellules (PT-New-1-4) associés au PT ont été identifiés. Il a été observé que 31,8 % des cellules PT dans les échantillons d’individus atteints d’IRA appartenaient à l’un de ces quatre groupes. Les gènes marqueurs ont été identifiés et une analyse des voies a été réalisée pour PT-New-1-4. Certains des gènes et voies enrichis identifiés étaient la signalisation du stress oxydatif et la voie du facteur de transcription nucléaire erythroid 2-related factor 2 (NRF2) dans PT-New -1, la voie de réponse à l’hypoxie dans PT-New 2, la réponse interféron-gamma, et les gènes codant pour les protéines ribosomiques dans PT-New 3 et les gènes associés à la transition épithéliale-mésenchymateuse (EMT) dans PT-New 4.
Les PT-New1-4 ont été comparés aux états cellulaires lésés dérivés du PT chez des souris présentant une lésion d’ischémie-reperfusion rénale identifiée dans une étude antérieure. Quatre états cellulaires ont été identifiés « cellules PT S1/S2 lésées », « cellules PT S3 lésées », « cellules PT gravement blessées » et « cellules ayant échoué à la réparation ». Il a été constaté que le PT-New-1 présentait des caractéristiques similaires à celles des « cellules PT S1/S2 blessées », le PT-New-2 était similaire aux « cellules PT S3 blessées », PT-New 3 et PT-New 4 étaient similaires à les cellules de « réparation ratée ».
Les abondances individuelles et combinées de PT-New-1-4 se sont avérées significativement élevées dans les échantillons d’individus atteints d’IRA. La distribution de PT-New-1-4 parmi les individus atteints d’IRA s’est avérée hétérogène, par exemple l’abondance de PT-New 4 chez les individus atteints d’IRA s’est avérée varier d’un facteur de trois.
RNAscope in situ des hybridations ont été réalisées pour identifier les transcrits surexprimés dans les clusters PT-New 1-4. L’ARNm de l’interleukine-18 (IL18) a été surexprimé dans un petit nombre de cellules dans PT-New 2 et PT-New 4, la protéine de liaison au facteur de croissance analogue à l’insuline 7 (IGFBP7) a été exprimée dans un nombre substantiel de PT-New 1- 4 cellules, la protéine transmembranaire induite par l’interféron 3 (IFITM3) a été exprimée dans les cellules de PT-New 1, 3 et 4.
L’étude a en outre révélé que bien que les réponses aux blessures dans les cellules épithéliales rénales soient spécifiques au type cellulaire et présentent une hétérogénéité interindividuelle, elles sont toujours associées à des voies communes et à des gènes marqueurs.
Conclusion
Les résultats de la présente étude révèlent les réponses transcriptomiques spécifiques au type cellulaire dans l’IRA. L’étude a identifié de nouveaux états cellulaires associés à des blessures dans l’épithélium tubulaire des tubules proximaux, des membres ascendants épais et des tubules contournés distaux. Quatre états cellulaires lésés associés à l’AKI ont également été identifiés dont les transcriptomes correspondaient au stress oxydatif, à l’hypoxie, à la réponse à l’interféron et à la transition épithéliale-mésenchymateuse. Une hétérogénéité interindividuelle a été observée entre les individus atteints d’IRA, ce qui a été attribué à l’abondance spécifique au type de cellule des quatre états cellulaires liés aux blessures identifiés. D’autres changements associés à l’AKI dans le transcriptome étaient similaires à la fois en présence et en l’absence d’infection par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2). Sur la base des résultats de cette étude, la transcriptomique unicellulaire peut servir d’outils pour développer des thérapies appropriées pour l’IRA. De plus, l’évaluation moléculaire personnalisée de la maladie dans l’IRA peut également favoriser le développement de thérapies personnalisées pour traiter cette maladie.
*Avis important
bioRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, orienter la pratique clinique/le comportement lié à la santé, ou traités comme des informations établies.
