Dans une récente étude publiée sur bioRxiv* serveur, les chercheurs ont examiné la fonctionnalité du cluster de différenciation 14-positif (CD14+) monocytes chez les patients atteints d’une maladie à coronavirus légère ou modérée 2019 (COVID-19).
L’infection respiratoire au COVID-19 provoque une maladie bénigne ou asymptomatique chez la plupart des individus. Cependant, une maladie modérée à sévère est observée dans près de 15 % des cas, tandis qu’une maladie grave est observée dans 5 % du total des cas. Pendant la phase d’infection aiguë, les cellules myéloïdes comme les monocytes/macrophages sont largement enrichies dans les poumons des patients COVID-19.
Les monocytes sont des cellules immunitaires phagocytaires, circulantes et innées impliquées dans la détection des agents pathogènes et l’activation de l’immunité innée et adaptative en réponse aux infections virales. Les monocytes se différencient en macrophages et en cellules dendritiques (CD) dans les tissus affectés et contribuent à la clairance des agents pathogènes et à la régénération des tissus. Plusieurs études ont signalé des réponses innées dérégulées contre le SRAS-CoV-2, les cellules myéloïdes présentant une expression altérée de l’isotype HLA-DR de l’antigène leucocytaire humain.
Étude : Reprogrammation transcriptionnelle des fonctions immunitaires innées vers une signature pro-thrombotique lors de la détection du SRAS-CoV-2 par les monocytes dans le COVID-19. Crédit d’image : MohamadOuaidat/Shutterstock
L’étude et les conclusions
Dans cette étude, les chercheurs ont évalué les caractéristiques phénotypiques et fonctionnelles du classique (CD14+) monocytes chez les patients COVID-19 par rapport aux témoins sains dans la présente étude. La cytométrie en flux à haute dimension a évalué les molécules du complexe majeur d’histocompatibilité (MHC) et les récepteurs costimulateurs et co-inhibiteurs. Bien que certains phénotypes globaux se chevauchent dans les trois groupes, les monocytes des témoins sains étaient distincts des patients COVID-19 légers et modérés.
Les monocytes des échantillons modérés de COVID-19 ont démontré une expression réduite de HLA-DR, mais l’expression de HLA-ABC était élevée par rapport aux échantillons légers de COVID-19 et de contrôle. Les monocytes d’échantillons COVID-19 modérés ont présenté une expression réduite de CD86, un récepteur costimulateur, avec une augmentation des récepteurs inhibiteurs – immunoglobuline des lymphocytes T et domaine de la mucine contenant-3 (TIM-3) et mort programmée-1 (PD-1) .
Les chercheurs ont observé 16 sous-populations différentes de monocytes (clusters). La distribution des cellules à travers les trois groupes différait dans chaque groupe, révélant des populations de monocytes distinctes chez les patients COVID-19 légers et modérés. Les modèles d’activation ou de répression de l’expression génique ont été explorés en étudiant les marques épigénétiques liées à la transcription active telles que H3K27Ac (acétylation des histones) et H3K4Me3 (méthylation des histones) et la répression génique telles que H3K9Me2 et H3K27Me3.
Phénotype unique des monocytes COVID-19.une. Graphiques tSNE obtenus à partir d’un échantillon concaténé composé de PBMC de n = 15 individus sains, n = 15 patients légers et n = 15 patients modérés COVID-19. b. Diagrammes en boîte et moustaches résumant le gMFI médian des récepteurs analysés. La boîte s’étend du 25e au 75e centile et les moustaches sont tirées jusqu’au 10e centile et jusqu’au 90e centile. Les points au-dessous et au-dessus des moustaches sont dessinés en tant que points individuels (n=25 sains, n=15 légers et n=17 modérés COVID-19). c. Graphiques tSNE illustrant les amas de cellules identifiés par Phenograph à partir de l’échantillon concaténé dans une. ré. Les diagrammes circulaires montrent la fraction de cellules dans chaque groupe de cellules identifié dans chaque groupe de patients. e. Le graphique à barres montre la distribution (pourcentage) des cellules de chaque groupe de patients dans chaque groupe de cellules identifié. F. Carte thermique de l’expression des récepteurs par groupe de cellules affichée sous forme de scores z modifiés en utilisant des valeurs médianes. g et h. Résumé de l’expression de l’activation (g) et répressif (h) marques d’histones dans les monocytes d’individus sains (n = 20), de patients COVID-19 légers (n = 15) et modérés (n = 11). ANOVA unidirectionnelle avec correction de Tukey pour les comparaisons multiples pour b, g, h. *P<0,05, **p<0,005, ***p<0,001, ****p<0,0001.
Les monocytes COVID-19 doux ont montré des niveaux accrus de H3K27Ac et de H3K4Me3 par rapport aux témoins, mais les monocytes modérés ont affiché une expression comparable aux témoins sains. Il n’y avait pas de différence dans l’expression de H3K9Me2, une marque répressive ; L’expression de H3K27Me3 a été augmentée dans les monocytes légers par rapport aux témoins, non observée dans les monocytes COVID-19 modérés. Ceux-ci ont suggéré le remodelage épigénétique défectueux et l’activation ultérieure des fonctions immunitaires innées chez les patients atteints de COVID-19 modéré.
Le profil d’expression génique des monocytes classiques de patients COVID-19 modérés a été évalué en profondeur par rapport à des témoins sains. L’analyse de l’expression différentielle des gènes a révélé la régulation positive de 422 gènes et la régulation négative de 187 gènes dans les monocytes COVID-19 par rapport à des sujets sains. L’analyse de l’enrichissement des voies (PEA) des gènes régulés positivement (dans les monocytes COVID-19) a montré une augmentation significative du métabolisme des lipides, de l’interféron (IFN) et de la signalisation des cytokines.
L’augmentation des signatures du gène IFN de type I dans les monocytes COVID-19 a été confirmée ex vivo par l’augmentation de l’expression du facteur régulateur 3 de l’IFN (IRF3) ainsi que de la protéine transmembranaire 2 induite par l’IFN (IFITM2), un gène stimulé par l’IFN (ISG ). Le PEA effectué sur un ensemble de gènes régulés négativement a révélé que la glycolyse était la seule voie significativement régulée négativement dans les monocytes COVID-19. Les auteurs ont observé des profils métaboliques dysfonctionnels en plus de l’activation réduite du facteur nucléaire kappa-B (NFκB) et des réponses IFN de type I intactes dans les monocytes de patients COVID-19 modérés.
Ensuite, la fonctionnalité des monocytes pour détecter et répondre au SARS-CoV-2 ex vivo a été testée. Les monocytes de témoins sains ont démontré une augmentation significative de la production de facteur de nécrose tumorale (TNF) et d’interleukine (IL)-10 lors de la stimulation avec le SRAS-CoV-2. En revanche, les monocytes COVID-19 ont exprimé moins de TNF que les monocytes témoins, alors qu’aucune différence n’a été observée dans les niveaux d’IL-10. Cette expression réduite de TNF n’était pas spécifique au SRAS-CoV-2, car la stimulation avec le lipopolysaccharide bactérien (LPS) ou les coronavirus du rhume (CoV) avait également moins d’expression de TNF.
En outre, le séquençage de l’acide ribonucléique (ARN-seq) a été effectué sur des monocytes activés par le SRAS-CoV-2 provenant de patients COVID-19 modérés et de témoins sains. Environ 1 437 et 2 073 gènes ont été régulés à la hausse et à la baisse, respectivement, dans les monocytes COVID-19 par rapport aux monocytes témoins. Le PEA des gènes régulés positivement a révélé un enrichissement significatif des voies impliquées dans l’hémostase et la coagulation. Les voies régulées à la baisse dans les monocytes COVID-19 étaient principalement des fonctions immunologiques canoniques telles que la signalisation IFN, l’activation de la signalisation des récepteurs des lymphocytes T dans les lymphocytes T et les fonctions immunitaires innées avec des cellules non lymphoïdes.
conclusion
La présente étude a évalué les caractéristiques métaboliques, transcriptomiques et fonctionnelles des monocytes et a identifié plusieurs changements phénotypiques et fonctionnels dans les monocytes des patients COVID-19. Ex vivo, les monocytes COVID-19 sont passés de manière transcriptionnelle à un phénotype pro-thrombotique à partir d’une fonction immunologique innée canonique lors de la détection de l’agent pathogène.
La base sous-jacente du phénotype dysfonctionnel observé (dans les monocytes COVID-19) pourrait être des défauts épigénétiques et métaboliques. Par exemple, les défauts d’acétylation des histones pourraient résulter de l’absence de groupes acétyle fournis par le produit glycolytique, l’acétyl-coenzyme A, alors que la glycolyse est considérablement régulée à la baisse dans les monocytes COVID-19. De plus, les facteurs à l’origine de la dysfonction monocytaire doivent être étudiés. De façon générale, les découvertes de l’étude ont fourni un mécanisme par lequel le dysfonctionnement de l’immunité innée pourrait contribuer à la pathologie de 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.
