Dans une récente étude publiée sur bioRxiv* serveur de prétirage, les chercheurs ont utilisé des modèles précliniques de souris et des échantillons post-mortem humains pour étudier la présence et le schéma de distribution de la protéine de pointe (S) du coronavirus 2 (SRAS-CoV-2) du syndrome respiratoire aigu sévère dans le crâne-méninges-cerveau ( SMB), y compris la connexion crâne-méninges (SMC) récemment découverte.
Étude: Accumulation de protéines de pointe du SRAS-CoV-2 dans l’axe crâne-méninges-cerveau : implications potentielles pour les complications neurologiques à long terme après la COVID-19. Crédit d’image : SciePro/Shutterstock.com
*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.
Sommaire
Arrière-plan
Malgré de nombreux défis techniques, plusieurs études ont étudié comment le système nerveux central (SNC) reste engagé dans les symptômes liés à la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19).
Quelques études ont même détecté le SRAS-CoV-2 dans les tissus cérébraux et des signaux d’activation immunitaire répandus dans le cerveau. Cela a conduit les scientifiques à croire que les protéines virales circulaient dans la circulation sanguine et favorisaient une réponse inflammatoire.
Cependant, la protéine hautement immunogène SARS-CoV-2 S, également utilisée dans les vaccins COVID-19, est apparue comme un candidat idéal pour étudier les effets dépendants et indépendants du COVID-19 dans le cerveau humain.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont utilisé la technologie de compensation optique des tissus pour identifier toutes les cibles tissulaires qui ont accumulé la protéine SARS-CoV-2 S1 chez les souris et ont étudié la distribution de S1 dans les échantillons post-mortem de patients COVID-19.
De plus, l’équipe a évalué si S1 seul induisait des pathologies cérébrales en l’absence d’autres protéines virales. (Notez que la protéine S1 avec la mutation N501Y infecte les souris de type sauvage (WT) en se liant à l’enzyme de conversion de l’angiotensine de souris 2 (ACE2)).
Pour les expérimentations animales, ils ont utilisé des souris mixtes C57Bl6/J de type sauvage âgées de deux mois hébergées sur 12/12 heures de cycles de lumière et d’obscurité avec un accès aléatoire à la nourriture et à l’eau.
Ils ont obtenu des protéines S1 avec la mutation N501Y et les ont marquées avec le colorant fluorescent Alexa Fluor 647. Ensuite, ils ont microinjecté la pointe S1 (N501Y) directement par voie intraveineuse dans la moelle osseuse des animaux de test sous anesthésie générale à l’aide d’une seringue de 1 ml avec une aiguille de calibre 28. .
Après trois jours d’administration d’injections intraveineuses, l’équipe a collecté le crâne, les méninges et les tissus cérébraux de chaque animal pour une analyse protéomique et a cartographié la distribution de la pointe S1 marquée par fluorescence. Ensuite, ils ont prélevé le tissu du cortex cérébral de souris à jours et 28 jours pour évaluer la mort cellulaire et les dommages neuronaux.
Les chercheurs ont également effectué une analyse protéomique quantitative sans étiquette basée sur la spectrométrie de masse (MS) de tissus humains correspondant à la région du cerveau de patients non COVID-19 (témoins).
Cela les a aidés à détecter si la protéine S était présente de manière persistante dans les crânes de patients décédés pour des raisons non liées au COVID au cours des deux premières années de la pandémie.
En outre, l’équipe a caractérisé l’expression protéique des tissus crâniens infectés par le SRAS-CoV-2 à partir d’échantillons humains post-mortem avec une protéomique basée sur la SP.
Le protocole SHANEL de compensation optique les a aidés à analyser le profil histopathologique d’échantillons de crâne humain avec la dure-mère.
Résultats de l’étude
Les chercheurs ont observé une accumulation substantielle de la protéine SARS-CoV-2 S dans les niches de la moelle osseuse du crâne humain, des méninges, du SMC et du parenchyme cérébral dans les échantillons de souris et d’origine humaine.
Chez des souris saines, des micro-injections directes de S dans des niches de moelle crânienne ont déclenché des altérations du protéome cérébral et la mort des cellules parenchymateuses. Il a également démontré l’immunogénicité du SRAS-CoV-2 S en l’absence d’autres composants viraux. Cependant, des données supplémentaires sont nécessaires pour montrer la réplication active du SARS-CoV-2 dans ces tissus.
Néanmoins, l’accumulation observée de SARS-CoV-2 et de sa glycoprotéine S aux périphéries du SNC dans les échantillons de crâne de certaines personnes a suggéré un mécanisme probable des effets neurologiques de l’infection par le SARS-CoV-2.
Cela s’est produit même chez ceux qui se sont remis d’une maladie mais sont décédés plus tard pour des raisons non liées au COVID-19.
L’analyse protéomique du cortex cérébral de huit patients COVID-19 et de 11 témoins a aidé les chercheurs à identifier 7 138 protéines, dont l’analyse d’enrichissement de l’ensemble de gènes (GSEA) a corrélé ces protéines dérégulées aux processus biologiques modulés en réponse à l’infection par le SRAS-CoV-2.
De plus, ces données protéomiques ont montré des perturbations dans les cascades du complément et de la coagulation sanguine, les voies liées aux neutrophiles, y compris la formation de pièges extracellulaires de neutrophiles (NET) et une régulation positive des protéines pro-inflammatoires, telles que l’interféron-alpha/bêta (IFN-α/ β).
La GSEA a révélé l’expression différentielle de 76 protéines, avec une régulation à la hausse et à la baisse de 49 et 27 protéines, respectivement.
En conséquence, les chercheurs ont découvert une régulation à la hausse du domaine pyrine et d’un domaine de recrutement de caspase (PYCARD) et du domaine CARD de la famille des récepteurs de type NOD contenant 3 (NLRC3), tous impliqués dans l’assemblage des inflammasomes.
Entre autres, ils ont identifié la voie BST2 (Bone Marrow Stromal Cell Antigen 2), qui empêche les virus d’infecter les cellules voisines. De plus, ils ont trouvé des cellules myéloïdes activées avec des morphologies de corps cellulaire élargies dans les tissus cérébraux des cas de COVID-19.
Des études ont détecté le SRAS-CoV-2 S dans les cellules immunitaires des patients plus de 12 mois après l’infection et dans leur plasma jusqu’à un an après la guérison.
En effet, il envahit le cerveau à partir de la circulation cérébrale et persiste dans le corps humain. Pourtant, seules quelques études ont montré un lien entre les pathologies liées au cerveau apparentes dans le COVID-19 sévère et le protéome cérébral de l’hôte.
Cependant, des études ont rapporté que S déclenche l’expression de cytokines et de chimiokines inflammatoires dans les macrophages et les cellules épithéliales pulmonaires, compromettant ainsi les fonctions endothéliales.
Dans cette étude, il a également activé une réponse immunitaire dans l’axe SMB, potentiellement via le recrutement et davantage de neutrophiles.
Bien que les chercheurs n’aient pas pu distinguer les effets directs du S des effets systémiques du COVID-19. Il a agi comme un stimulus inflammatoire qui a conduit au développement d’une réponse immunitaire dans le cerveau et a augmenté l’expression de protéines pro-inflammatoires, par exemple la calprotectine et la protéine basique pro-plaquettaire (PPBP), une protéine liée aux thromboses.
Dans les méninges, cet état inflammatoire a conduit à la régulation à la hausse des protéines de dégranulation des neutrophiles, par exemple la protéine 1 associée à PDGFA (PDAP1) qui pourrait être liée à des niveaux plus élevés de NET dans l’axe SMB et à l’invasion des neutrophiles dans les méninges.
Les TNE ont également déclenché des lésions tissulaires, y compris des lésions de l’endothélium, modifiant ainsi les processus de coagulation et expliquant pourquoi certains patients COVID-19 développent des mini-infarctus dans le parenchyme cérébral. En fait, dans le cerveau, les protéines engagées dans les voies de neurodégénérescence étaient fortement dérégulées.
Conclusion
Les données de l’étude ont suggéré un mécanisme d’entrée du SRAS-CoV-2 dans le SNC. Cependant, alternativement, le SARS-CoV-2 S pourrait atteindre le cerveau par d’autres voies.
Par exemple, il pourrait traverser le cérébrovasculaire pour atteindre le parenchyme cérébral ou les cellules immunitaires, par exemple, les cellules phagocytaires pourraient également le transporter. Ainsi, les futures études devraient étudier d’autres voies possibles d’entrée du SRAS-CoV-2 dans le cerveau.
De plus, les chercheurs ont identifié plusieurs protéines qui ne montraient auparavant aucune association avec le COVID-19, par exemple, des protéines impliquées dans des maladies neurologiques, par exemple, la protéine Rab-8B liée au ras et la protéine D2 contenant le domaine EF-hand.
En outre, le panel de ces protéines trouvées dans le plasma du patient pourrait aider au pronostic précoce des complications cérébrales induites par le COVID-19.
Ces molécules et celles impliquées dans d’autres voies immunitaires et autres couramment perturbées pourraient être utilisées comme cibles thérapeutiques.
En conclusion, tous les efforts futurs devraient être orientés vers la caractérisation de ces protéines en tant que biomarqueurs et cibles thérapeutiques pour prévenir et traiter les neuro-complications liées 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.
