Dans une récente étude publiée sur bioRxiv* serveur de prétirage, des chercheurs australiens ont exploré les mécanismes moléculaires des complications pulmonaires et cardiaques causées par l’infection par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) à l’aide de cellules cardiaques et pulmonaires humaines dérivées de cellules souches.
Étude : L’utilisation parallèle de modèles de poumon et de cœur de cellules souches humaines pluripotentes fournit de nouvelles informations pour le traitement du SRAS-CoV-2. Crédit d’image : Kateryna Kon/Shutterstock
Sommaire
Arrière plan
Bien que la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) ait principalement affecté les systèmes respiratoire et pulmonaire, des manifestations graves de COVID-19 ont également affecté les systèmes cardiovasculaire, digestif, rénal et nerveux.
L’imagerie par résonance magnétique (IRM) et les électrocardiographes (ECG) ont détecté des complications cardiaques telles que des lésions myocardiques, des arythmies et des thromboembolies chez un grand nombre de patients COVID-19 en convalescence. De plus, les autopsies ont également détecté l’antigène de la protéine de pointe (S) et l’ARN du SRAS-CoV-2 dans le tissu cardiaque des patients qui ont succombé au COVID-19.
La protéine SARS-CoV-2 S initie l’infection en se liant au récepteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2) à la surface de la cellule hôte. Les protéases des cellules hôtes telles que la furine clivent la protéine S en deux sous-unités – S1 et S2. La fusion ultérieure des membranes virales et des cellules hôtes nécessite le clivage de S1 de S2 par des sérine protéases ou des cathepsines. Le tropisme tissulaire du virus est déterminé par l’expression soit de l’ACE2 et des protéases à sérine, soit de l’ACE2 et des cathepsines, qui diffèrent selon les systèmes respiratoire, pulmonaire, cardiaque, rénal et digestif.
À propos de l’étude
La présente étude a utilisé des cellules souches pluripotentes humaines (hPSC) pour générer des cellules pulmonaires et cardiaques fonctionnelles. Les cultures cardiaques dérivées de cellules souches et les cellules épithéliales pulmonaires alvéolaires de type II (AT2) pourraient être infectées par le SRAS-CoV-2. Des cellules Vero ou des cellules épithéliales de rein de singe vert africain, largement utilisées dans la recherche sur le COVID-19, ont également été utilisées dans cette étude à des fins de comparaison.
Ces cellules ont été utilisées dans des expériences appariées pour déterminer les similitudes et les différences dans les mécanismes et les facteurs influençant les manifestations du COVID-19 dans les poumons et le cœur.
L’équipe a utilisé l’inactivation médiée par la protéine 9 (Cas9) associée à des répétitions palindromiques courtes régulièrement espacées groupées (CRISPR) du récepteur ACE2 pour comprendre son importance dans l’infection par le SRAS-CoV-2. De plus, des inhibiteurs à petites molécules ont été utilisés pour démêler les différents mécanismes d’entrée virale. Ils ont également utilisé la phosphoprotéomique et le profilage du transcriptome pour comprendre les différences de réponses cellulaires lors des infections par le SRAS-CoV-2.
Résultats
Les découvertes significatives de l’étude ont indiqué que tandis que chacun des trois types de cellules dépendait de la présence des récepteurs ACE2, le traitement en aval de la protéine virale de S était le long de différentes voies. Par exemple, dans les cellules pulmonaires AT2, le clivage de la protéine S a été effectué par les protéases à sérine TMPRSS2 sur la membrane de la cellule hôte, tandis que l’entrée virale dans les cellules cardiaques s’est faite par la voie endosomale via le clivage médié par la cathepsine des sous-unités S1 et S2. .
Les essais d’inhibition d’entrée utilisant l’inhibiteur de TMPRSS2 Le mésylate de Camostat ont empêché l’infection par le SRAS-CoV-2 des cellules pulmonaires AT2, soulignant le rôle des sérine protéases dans l’entrée virale dans les cellules pulmonaires. Des essais similaires avec CA-074 Me, un inhibiteur des cathepsines B et L, ont bloqué l’entrée virale dans les cellules cardiaques.
L’infection avortée par le SRAS-CoV-2 dans les cellules pulmonaires et cardiaques ACE2 knock-out a démontré que les récepteurs ACE2 étaient essentiels à l’infection virale. Cependant, l’utilisation d’une combinaison d’anticorps anti-ACE2 a bloqué l’infection par le SRAS-CoV-2 dans les tissus pulmonaires et cardiaques, mais de faibles doses d’anticorps anti-ACE2 ont empêché l’infection virale uniquement dans les cellules cardiaques. Ces résultats, combinés au séquençage de l’acide ribonucléique (ARN) et aux analyses quantitatives de la réaction en chaîne par polymérase (qPCR), ont montré que les cellules AT2 pulmonaires avaient une expression plus élevée des récepteurs ACE2 que les cellules cardiaques.
De plus, l’infection virale a entraîné une forte réponse à l’interféron dans les cellules cardiaques mais pas dans les cellules pulmonaires AT2. Les résultats de l’analyse phosphoprotéomique ont également montré que l’infection activait différentes voies dans l’AT2 pulmonaire et les cellules cardiaques.
conclusion
Dans l’ensemble, les résultats ont révélé des différences significatives dans le mécanisme de l’infection par le SRAS-CoV-2 dans les cellules et les tissus cardiaques et pulmonaires. Alors que l’entrée virale commence dans les deux cellules avec la liaison au récepteur ACE2, les voies d’infection virale ultérieures diffèrent considérablement, la protéine de pointe subissant un clivage de la sérine protéase dans les cellules pulmonaires AT2 et un clivage de la cathepsine endosomale dans les cellules cardiaques.
Les auteurs pensent que le clivage différentiel de la protéine de pointe et la variance de l’expression du récepteur ACE2 dans ces deux cellules indiquent la nécessité d’une thérapie antivirale améliorée et l’inclusion de combinaisons de médicaments pour cibler les voies d’entrée virale des protéases endosomales et membranaires. Ils suggèrent d’utiliser des médicaments qui ciblent la protéine kinase-1 du facteur d’épissage riche en sérine/arginine (SRPK1) et les kinases dépendantes de la cycline (CDK).
L’étude a également souligné l’importance d’utiliser des modèles cellulaires dérivés de cellules souches autres que des lignées cellulaires immortalisées comme les cellules Vero pour tester l’efficacité antivirale et la cytotoxicité des thérapies 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.
