Dans une récente étude publiée dans la revue Biologie Cellulaire Natureles chercheurs ont démontré la sensibilité des glandes salivaires à l’infection par le coronavirus-2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2) in vitro à l’aide d’un modèle de culture organoïde.
Étude : Les organoïdes des glandes salivaires dérivées de cellules souches pluripotentes induites par l’homme modèlent l’infection et la réplication du SRAS-CoV-2. Crédit d’image : NIAID
Sommaire
Arrière plan
Bien que le système respiratoire, y compris les voies respiratoires supérieures (URT) et les poumons, soient les principaux sites cibles du SRAS-CoV-2, il existe de plus en plus de preuves qu’il affecte plusieurs organes. Par exemple, la muqueuse buccale et les glandes salivaires expriment largement deux facteurs d’entrée du SRAS-CoV-2, l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2) et la sérine protéase transmembranaire 2 (TMPRSS2). En outre, ils servent de réservoirs de SARS-CoV-2.
Curieusement, 80 % des infections par le SARS-CoV-2 sont asymptomatiques. De plus, des études ont rapporté que le SRAS-CoV-2 cible les glandes salivaires chez l’homme et que les virions infectieux de la salive d’individus asymptomatiques contribuent à la transmission virale ultérieure.
En raison de la capacité du SRAS-CoV-2 à infecter plusieurs types d’organoïdes, un modèle de culture d’organoïdes pourrait s’avérer apte à démontrer l’infection par le SRAS-CoV-2 dans les glandes salivaires (in vitro). Cependant, en raison d’un manque de in vitro modèles, les études n’ont pas été en mesure d’élucider les mécanismes sous-jacents à l’infection et à la réplication du SRAS-CoV-2 dans les glandes salivaires et à la sécrétion ultérieure dans la salive.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont généré des organoïdes fonctionnels des glandes salivaires à partir de cellules souches pluripotentes induites par l’homme (hiPSC) avec des caractéristiques morphologiques et des fonctions physiologiques similaires (in vivo) en tant que glandes salivaires humaines. De plus, ces organoïdes avaient des lignées cellulaires spécifiques aux glandes salivaires.
L’équipe a effectué le séquençage unicellulaire de l’acide ribonucléique (scRNA-seq) des cellules hiSG au jour 80 à l’aide de la plateforme 10X Genomics. De plus, ils ont isolé les organoïdes au jour 60 et les ont cultivés avec le facteur de croissance des fibroblastes (FGF) 7 et 10 jusqu’au jour 80 pour caractériser les structures de ramification observées.
Le gène SRY-box transcription factor 9 (SOX9) régule le développement des glandes salivaires de souris et humaines. En son absence, les glandes salivaires ne peuvent pas subir de morphogenèse ramifiée. Par conséquent, les chercheurs ont supprimé SOX9 lors de l’induction de hiSG pour déterminer si les hiSG récapitulaient le processus de développement médié par SOX9.
Résultats de l’étude
Les glandes salivaires induites par l’homme (hiSG) avaient des propriétés similaires à celles des glandes salivaires embryonnaires, notamment des caractéristiques morphologiques, d’expression de marqueurs protéiques et d’expression génique. Cohérent avec in vivo des études menées chez des souris, l’inactivation de SOX9 a inhibé la formation de branches dans les hiPSC, ce qui suggère que ce gène est crucial pour le développement des glandes salivaires humaines. Ainsi, ce modèle d’étude pourrait remplacer les modèles animaux utilisés pour étudier le développement des glandes salivaires humaines.
Les hiSG imitaient morphologiquement et fonctionnellement les glandes salivaires naturelles. Le regroupement impartial de scRNA-seq a identifié six groupes cellulaires principaux, encore divisibles en sous-types cellulaires. La petite population mésenchymateuse des HiSG ne présentait pas les caractéristiques du mésenchyme des glandes salivaires. Inversement, le groupe de cellules épithéliales avait cinq groupes de cellules, cellules acineuses, basales, canalaires, myoépithéliales et à cycle actif. Les hiSG comprenaient des lignées indépendantes de cellules basales-myoépithéliales de la lignée canalaire-acineuse, et l’analyse en pseudo-temps a montré les différences entre ces deux lignées cellulaires.
La fonction fondamentale des glandes salivaires est de sécréter le liquide induit par l’acétylcholine par les voies des récepteurs muscariniques de l’acétylcholine. Dans les hiSG, le traitement au carbachol, un agoniste des récepteurs muscariniques de l’acétylcholine, a augmenté de manière transitoire les taux de calcium intracellulaire de manière dose-dépendante. De plus, les hiSG transplantés orthotopiquement présentaient le phénotype des glandes salivaires matures au fil du temps greffées sur un site receveur chez la souris.
Les analyses de scRNA-seq et d’immunofluorescence ont également révélé que les cellules canalaires des hiSG exprimaient abondamment ACE2 et TMPRSS2, similaires aux glandes salivaires normales. La méthode d’immunomarquage a révélé que si les cellules canalaires latérales apicales des hiSG exprimaient fortement ACE2, les cellules canalaires et les cellules acineuses exprimaient TMPRSS2. Lorsqu’ils ont été exposés au SRAS-CoV-2, les hiSG ont été infectés et ont montré une réplication du SRAS-CoV-2 dans les 24 heures suivant l’infection. Les auteurs ont également détecté la nucléoprotéine SARS-CoV-2 dans les cellules canalaires infectées. Par conséquent, la dose infectieuse médiane en culture tissulaire (TCID50) a montré des virus infectieux dans les hiSG, qui ont culminé à 24 heures mais ont diminué plus tard.
conclusion
En effet, les hiSG développés dans la présente étude pourraient servir de modèle précieux pour reproduire des populations de cellules hétérogènes dans les glandes salivaires humaines. En outre, les hiSG pourraient faciliter l’analyse fonctionnelle des gènes au cours du développement et servir d’outil prometteur pour enquêter sur l’infection par le SRAS-CoV-2 dans les glandes salivaires au niveau moléculaire. De plus, les chercheurs ont montré que les hiSG présentaient plusieurs avantages par rapport aux organoïdes dérivés de cellules progénitrices souches de tissus dérivés de glandes salivaires humaines adultes. Par exemple, ils pourraient être facilement modifiés génétiquement à l’aide de l’outil d’édition de gènes de la protéine 9 (Cas9) associée à des répétitions palindromiques courtes régulièrement espacées en cluster (CRISPR) et étaient relativement faciles à cultiver.
