L’expression génique des facteurs d’entrée viraux peut expliquer les différences de gravité du COVID-19

Une nouvelle étude révèle quels types de cellules peuvent être infectés par le SRAS-CoV-2 en raison de leurs facteurs d’entrée viraux. L’étude suggère également qu’une expression génique accrue de ces facteurs d’entrée virale chez certains individus explique en partie les différences de gravité du COVID-19 rapportées en fonction de l’âge, du sexe et du tabagisme.

L’étude a évolué à partir du Human Cell Atlas Lung Biological Network avec les principales contributions de Helmholtz Zentrum München, du Broad Institute of MIT et de Harvard, du Wellcome Sanger Institute et du University Medical Center de Groningen.

COVID-19 n’affecte pas tout le monde de la même manière. Alors que le coronavirus SARS-CoV-2 se manifeste principalement dans les poumons, il peut également infecter d’autres organes. Les observations cliniques tout au long de la pandémie suggèrent également que certains groupes de population – comme les personnes âgées, les hommes et les fumeurs – ont tendance à être plus gravement touchés par la maladie. Jusqu’à présent, les raisons moléculaires de cela n’ont pas été décrites.

Des études antérieures avaient montré que pour infecter les cellules humaines, le SRAS-CoV-2 a besoin que la cellule contienne des facteurs génétiques d’entrée viraux spécifiques – à savoir un récepteur ACE2 et une protéase (TMPRSS2 ou CTSL). Savoir quels types de cellules expriment à la fois ACE2 et une protéase nous donnerait donc des informations sur les cellules susceptibles d’être infectées par le SRAS-CoV-2.

Le consortium Human Cell Atlas (HCA) vise à cartographier tous les types de cellules du corps humain, en transformant notre compréhension de la biologie et des maladies. Dans ce cadre, les chercheurs du HCA Lung Biological Network ont ​​uni leurs forces pour contribuer et analyser les données d’expression génique à partir de cellules individuelles. Ensemble, ils ont analysé plus de 100 ensembles de données sur l’expression génique unicellulaire de personnes en bonne santé, pour voir quels types de cellules expriment à la fois ACE2 et une protéase.

L’analyse a montré que des types de cellules spécifiques dans l’épithélium du poumon et des voies respiratoires, mais aussi dans le foie, le côlon et l’œil sont riches en facteurs génétiques d’entrée virale (= forte expression du récepteur ACE2 et d’une protéase) – et contiennent donc les molécules nécessaires pour permettre une infection par le SRAS-CoV-2.

De plus, les chercheurs ont constaté que l’expression des gènes sous-jacents aux facteurs d’entrée virale est augmentée dans les cellules des personnes âgées et légèrement chez les hommes par rapport aux femmes. De plus, les cellules des fumeurs (en particulier les cellules des voies respiratoires) expriment plus de facteurs d’entrée du SRAS-CoV-2 que celles des non-fumeurs.

Ces résultats correspondent aux différences de gravité de la maladie qui ont été rapportées pour les patients COVID-19 dans ces groupes de population et offrent ainsi une explication moléculaire de cette différence (à côté d’autres facteurs qui n’ont pas été étudiés dans cette étude, comme un système immunitaire plus faible).

Big data pour la recherche biomédicale

«En combattant la pandémie, nous ne pouvons pas nous fier à des conclusions qui se limitent à quelques observations. Au lieu de cela, nous devons nous fier à une analyse robuste des mégadonnées. Par exemple, pour évaluer si le récepteur ACE2 requis pour l’entrée du virus est plus abondant dans les cellules de la population âgée, nous avons besoin d’une forte représentation de nombreuses personnes diverses dans notre ensemble de données.

En utilisant les données de l’Atlas des cellules humaines, nous pourrions modéliser la façon dont les facteurs génétiques d’entrée virale dans les cellules sont exprimés dans la population. « 

Malte Lücken, co-premier auteur de l’étude et biologiste informatique, Helmholtz Zentrum München

«Un aspect clé de cette étude à grande échelle était la tranche d’âge des échantillons que nous avons pu analyser. Cette étude comprenait des données sur les stades de développement humain, des échantillons d’enfants et de jeunes adultes, ainsi que des échantillons de personnes âgées.

Cela nous a donné un pouvoir unique pour évaluer les changements qui se produisent au cours de la vie humaine. L’ampleur des données nous a permis de voir les différences moléculaires avec l’âge, le sexe et le tabagisme », a déclaré Kerstin Meyer, auteur de l’article du Wellcome Sanger Institute.

«Cette étude était la quintessence de tout un domaine se réunissant. Au sein du consortium Human Cell Atlas, tous ceux qui ont généré des données sur le poumon humain sain ont fourni leurs données, publiées et non publiées, pour permettre notre analyse.

Lorsque nous avons ensuite tendu la main au-delà du consortium, d’autres laboratoires ont également fourni des données à l’effort. Ce n’est que grâce à ces contributions que notre analyse a été rendue possible », ajoute Fabian Theis, directeur de l’Institut de biologie computationnelle à Helmholtz Zentrum München.

Forces et limites

L’étude a examiné les cellules les plus susceptibles d’être infectées par le SRAS-CoV-2. Les résultats expliquent en partie comment la gravité de la maladie peut différer entre les groupes de population en raison du profil moléculaire des cellules.

Ceci fournit une cible pour la recherche interventionnelle ultérieure. À l’avenir, les résultats peuvent également aider à mieux comprendre la propagation du virus corona à travers le corps. Le lien entre l’expression du facteur d’entrée viral et une facilité accrue d’infection ou de gravité de la maladie a été démontré chez la souris et en laboratoire, mais nécessite une validation supplémentaire chez l’homme.