Dans les cas graves de COVID-19, les neutrophiles travaillent 24 heures sur 24
Les scientifiques ont pu suivre dans le temps ce qui se passe en biologie moléculaire depuis l'apparition de l'infection jusqu'aux lésions des organes
L'évolution des infections par le coronavirus SRAS-CoV-2 dépend non seulement de l'agressivité du virus, mais aussi de la réponse immunitaire de la personne infectée. En utilisant des analyses de cellules uniques, un groupe de chercheurs dirigé par Samantha Praktiknjo de l'Institut de santé de Berlin à la Charité (BIH), Markus Landthaler du Centre Max Delbrück et Jakob Trimpert de l'Université libre de Berlin a identifié deux modèles distincts qui sont typiques de l'évolution modérée et de l'évolution sévère de la maladie, respectivement. Les scientifiques ont pu suivre dans le temps ce qui se passe en biologie moléculaire depuis le début de l'infection jusqu'aux lésions des organes.
Les principaux acteurs au niveau cellulaire sont les neutrophiles (cellules immunitaires) et les cellules endothéliales (cellules qui tapissent les vaisseaux sanguins), comme l'écrit le groupe dans Cell Reports.
Toute personne cherchant à influencer positivement la progression du SRAS-CoV-2 a besoin d'informations sur la phase précoce de l'infection. Les études menées sur des patients ayant déjà contracté le COVID-19 interviennent trop tard dans le processus de la maladie. En revanche, les modèles animaux permettent d'examiner ce qui se passe dès l'infection. "Grâce aux analyses d'ARN unicellulaires, nous pouvons recueillir des données sur l'expression des gènes dans de nombreuses cellules individuelles et observer les processus biologiques moléculaires au fur et à mesure que l'infection progresse", explique le Dr Samantha Praktiknjo, chercheur à l'Institut berlinois de la santé à la Charité et l'un des derniers auteurs d'une étude récemment publiée par des scientifiques du BIH, du Centre Max Delbrück, de la Charité - Universitätsmedizin Berlin et de la Freie Universität Berlin.
"Notre étude montre à quel point la combinaison des technologies unicellulaires et de l'analyse bioinformatique de pointe peut être puissante lorsqu'il s'agit d'étudier des maladies complexes et leurs complications, telles que l'inflammation pulmonaire grave causée par COVID-19", déclare le professeur Markus Landthaler, qui dirige un laboratoire au Centre Max Delbrück et qui est également l'un des derniers auteurs de l'étude parue dans Cell Reports.
Séquençage unicellulaire d'échantillons pulmonaires
Les scientifiques ont systématiquement comparé les données obtenues dans le cadre des études COVID-19 sur l'homme, y compris le lavage bronchoalvéolaire, les écouvillons nasaux et les examens post-mortem des tissus pulmonaires, avec les données obtenues à partir du modèle animal avant d'évaluer leur pertinence pour l'homme. Les hamsters se sont révélés être un modèle animal approprié pour COVID-19, car ils peuvent être facilement infectés par les mêmes variantes du SRAS-CoV-2 que les humains et présentent un profil de maladie similaire. En utilisant le séquençage de l'ARN unicellulaire, les chercheurs ont examiné des biopsies pulmonaires d'animaux sains et infectés à différents moments après l'infection. Ils ont comparé les processus cellulaires et moléculaires dynamiques chez deux espèces de hamster différentes : le hamster doré ou syrien, qui présente une évolution modérée du COVID-19, et le hamster nain de Roborovski, qui connaît normalement une progression sévère de la maladie.
Le séquençage de l'ARN d'une seule cellule peut être utilisé pour déterminer quelles sections de l'information génétique étaient activées dans les cellules au moment de l'échantillonnage. "La technique de séquençage de l'ARN unicellulaire nous permet d'avoir une vue d'ensemble de ce qui se passe dans les différentes cellules des échantillons de tissus", explique M. Praktiknjo.
Les recherches menées ces dernières années ont montré que la nature agressive du virus n'est pas le seul facteur responsable de l'évolution sévère de l'infection par COVID-19. La réponse inflammatoire de l'organisme hôte joue également un rôle. L'inflammation est un mécanisme de défense vital qui protège l'organisme des agents pathogènes et qui est tout à fait normal. Mais lorsque l'inflammation s'emballe et libère de grandes quantités de molécules de signalisation pro-inflammatoires, elle peut endommager divers organes.
L'évolution de la maladie est déterminée très tôt
Jusqu'à présent, on ne savait pas très bien ce qui déterminait l'évolution de la maladie vers une forme sévère chez un patient, ni à quel moment exactement cette évolution se produisait. Les chercheurs berlinois ont tenté de répondre à ces questions à l'aide d'une analyse approfondie du séquençage de l'ARN d'une seule cellule. Ils ont notamment exploité de nouvelles méthodes d'apprentissage automatique pour caractériser l'activité cellulaire dès le moment de l'infection, ce qui leur a permis d'identifier deux schémas distincts d'activation des gènes dans le modèle animal. Dans les cas modérés et sévères de COVID-19, les granulocytes neutrophiles (ou neutrophiles), qui appartiennent à la première ligne de défense de la réponse immunitaire innée, sont activés peu de temps après l'infection. Dans les cas modérés, les neutrophiles sont activés pendant une brève période, puis d'autres cellules immunitaires comme les cellules tueuses naturelles (réponse immunitaire de type 1) prennent le relais. Dans les cas graves, cependant, les neutrophiles restent activés en permanence (réponse immunitaire de type 3), ce qui entraîne une "tempête" de signaux pro-inflammatoires et des réponses inflammatoires massives dans les poumons.
L'une des caractéristiques de la progression sévère de COVID-19 est l'endommagement de l'endothélium (la paroi des vaisseaux sanguins) dans de nombreux organes. Chez les deux espèces de hamster, les chercheurs ont constaté une forte activation de l'endothélium vasculaire des poumons, ce qui a incité les neutrophiles à libérer des signaux pro-inflammatoires. Chez le hamster de Roborovski, cela a entraîné de graves lésions de l'endothélium, mais chez le hamster doré, les cellules endothéliales sont revenues à l'état initial sans subir de dommages importants. "Notre méthodologie nous a permis de documenter, pour la première fois, le rôle crucial que jouent les cellules endothéliales dans le développement d'une maladie grave", déclare le Dr Stefan Peidli, l'un des premiers auteurs de l'étude.
"Nos études confirment et élargissent les découvertes sur le rôle des réponses immunitaires et inflammatoires excessives dans le COVID-19", ajoute Praktiknjo. "Nous poursuivrons nos recherches dans cette direction et espérons identifier des cibles pour des thérapies innovantes qui pourraient être utilisées pour orienter le processus d'infection sur la bonne voie dès le début."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Stefan Peidli, Geraldine Nouailles, Emanuel Wyler, Julia M. Adler, Sandra Kunder, Anne Voß, Julia Kazmierski, Fabian Pott, Peter Pennitz, Dylan Postmus, Luiz Gustavo Teixeira Alves, Christine Goffinet, Achim D. Gruber, Nils Blüthgen, Martin Witzenrath, Jakob Trimpert, Markus Landthaler, Samantha D. Praktiknjo; "Single-cell-resolved interspecies comparison shows a shared inflammatory axis and a dominant neutrophil-endothelial program in severe COVID-19"; Cell Reports, Volume 43
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