La pandémie actuelle de maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) a considérablement affecté les systèmes de santé et les économies mondiales. Depuis le début de la pandémie, qui a été causée par l’émergence du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2), les chercheurs n’ont cessé d’étudier les mécanismes de réplication de ce virus.
Étude: L’inhibiteur de NF-κB alpha a un rôle de variante croisée lors de l’infection par le SRAS-CoV-2 dans les organoïdes des voies respiratoires humaines surexprimant l’ACE2. Crédit d’image : marianstock / Shutterstock.com
Sommaire
Arrière plan
Le SRAS-CoV-2 infecte les humains par l’interaction entre sa protéine de pointe et le récepteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2) de la cellule hôte.
Des études antérieures ont rapporté que le SRAS-CoV-2 se réplique principalement dans les cellules épithéliales des voies respiratoires, qui expriment des niveaux élevés de récepteur ACE2. Par rapport au niveau élevé d’expression d’ACE2 observé dans les voies respiratoires et les poumons, l’espace alvéolaire présente un niveau d’expression d’ACE2 beaucoup plus faible.
La fonction principale de l’épithélium des voies respiratoires est d’éliminer et de neutraliser les substances nocives et les agents pathogènes présents dans l’air inhalé. Les cellules club, par exemple, produisent des protéines sécrétoires de cellules club immunomodulatrices.
Comparativement, les cellules caliciformes sécrètent des mucines, qui forment du mucus sur les surfaces internes des voies respiratoires qui protègent l’épithélium sous-jacent. Les cellules ciliées facilitent le mouvement du mucus dans les voies respiratoires.
Des protéines virales ont été détectées dans l’épithélium des voies respiratoires et les tissus pulmonaires des patients atteints de COVID-19. Bien que les cellules ciliées semblent être des cibles naturelles du SRAS-CoV-2, des protéines virales ont également été détectées dans les cellules basales et sécrétoires des deux in vivo et ex vivo infections.
Des modèles organoïdes tridimensionnels (3D) ont été développés pour imiter la cellularité complexe de l’épithélium des voies respiratoires humaines. Ces organoïdes sont constitués de différents types de cellules cultivées dans une structure 3D qui imite les organes humains.
Généralement, ces modèles organoïdes 3D sont dérivés de cellules souches pluripotentes (iPSC), de cellules souches embryonnaires (ESC) ou de cellules progénitrices. Dans le contexte du SRAS-CoV-2, les organoïdes des voies respiratoires humaines (HAO) dérivés d’iPSC ou d’ESC sont souvent utilisés pour étudier son schéma de réplication.
Depuis que la souche originale du SARS-CoV-2 a été détectée en 2019, elle a subi des mutations génomiques qui ont conduit à l’émergence de plusieurs variants du SARS-CoV-2. Ces variantes ont été classées comme variantes préoccupantes (VOC) et variantes d’intérêt (VOI) par l’Organisation mondiale de la santé (OMS).
Résultats de l’étude
Dans une étude récente publiée sur le serveur de préimpression bioRxiv*, les chercheurs ont développé un système organoïde des voies respiratoires génétiquement modifié, qui surmonte les défis liés aux variations naturelles des niveaux d’ACE2. Ce modèle HAO indifférencié dérivé de cellules souches adultes offre un taux d’infection élevé sans différenciation prolongée tout en permettant aux chercheurs d’analyser les effets de l’infection à l’aide de variantes génétiquement diverses du SRAS-CoV-2.
Dans l’étude actuelle, les scientifiques ont appliqué une méthode de séquençage de l’acide ribonucléique (ARN) unicellulaire pour déchiffrer la réponse cellulaire intrinsèque au SRAS-CoV-2. À cette fin, ils ont prédit que des taux d’infection accrus des variants du SRAS-CoV-2 pourraient être observés dans d’autres coronavirus utilisant l’ACE2 comme le hCOV-NL63 et le SRAS-CoV.
Le profilage transcriptionnel des cellules caliciformes sécrétoires, des cellules massues et des cellules basales a également été effectué. Ces cellules ont montré des changements transcriptionnels communs, ainsi indiqués par le regroupement après l’infection par des variants du SRAS-CoV-2.
Le gène inhibiteur du facteur nucléaire-κB alpha (NFKBIA) a été proposé pour être efficace dans le contrôle de l’infection par le SRAS-CoV-2 par différentes variantes. Lorsque le gène NFKBIA est fortement induit, les niveaux d’acide ribonucléique messager (ARNm) sont positivement corrélés avec les niveaux d’ARN viral.
Un niveau élevé de la protéine IκBα est exprimé dans les cellules infectées par le SARS-CoV-2. Malgré la régulation à la hausse de IκBα, la présence de NF-κB dans le noyau des cellules infectées, plutôt que dans les cellules saines, indique un déclenchement continu de la signalisation NF-κB. Cette découverte est cohérente avec une étude précédente qui a observé une boucle de rétroaction incomplète dans le contrôle de NF-κB lors d’une infection par le virus respiratoire syncytial (VRS),
Cette boucle de rétroaction incomplète dans NF-κB pourrait représenter la course en cours entre le SRAS-CoV-2 et l’hôte. Bien qu’un taux élevé de transcrits de NFKBIA soit présent, une régulation positive continue de la signalisation antivirale NF-κB chez l’hôte en raison de la présence persistante du virus affecte la boucle de rétroaction. De plus, la synthèse continue de la protéine IκBα par dégradation constante de l’inhibiteur IκBα affecte la réplication virale.
Le modèle organoïde prend en charge le phénomène selon lequel la surexpression d’une protéine IκBα mutante non phosphorylée est facilement dégradée. Dans cette étude, IκBα a été signalé comme étant un facteur proviral qui prend en charge la réplication virale chez l’hôte.
La présente étude confirme l’observation précédente selon laquelle IκBα favorise l’infection virale en limitant partiellement les activités antivirales de NF-κB. Contrairement à cette observation, l’inactivation de p65 a démontré l’effet positif de la signalisation NF-κB dans l’infection par le SRAS-CoV-2.
conclusion
Le modèle organoïde décrit dans la présente étude pourrait être un outil puissant pour étudier l’infection par le SRAS-CoV-2 dans les cellules primaires des voies respiratoires. Ce modèle réduit les taux d’infection variables dépendant du donneur et offre des modèles de cellules primaires entièrement différenciés. Surtout, cela aide également à comprendre la reprogrammation transcriptionnelle qui se produit dans les cellules progénitrices des voies respiratoires en réponse à l’infection au COVID-19.
*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, guider la pratique clinique/les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.
