Altérations épigénétiques des monocytes dans le COVID-19 sévère

Dans une étude récente publiée dans le medRxiv*serveur, les enquêteurs ont effectué un test de méthylation de l’acide désoxyribonucléique (ADN) des monocytes sur des échantillons de sang périphérique provenant de patients atteints d’une grave maladie à coronavirus 2019 (COVID-19).

Arrière plan

Le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2), l’agent étiologique du COVID-19, attaque la muqueuse nasopharyngée. En réponse, l’hôte (humain) monte une réponse immunitaire aux niveaux systémique et muqueux local, dont l’équilibre délicat détermine l’évolution de la maladie. Bien que les réponses immunitaires au COVID-19 soient diverses, elles peuvent aller de la pneumonie asymptomatique, légère à sévère, au syndrome de détresse respiratoire aiguë et à la mort.

De nombreuses études ont élucidé l’impact des réponses immunitaires accrues associées au COVID-19 sévère. Cependant, de nombreux aspects des réponses hyperinflammatoires dans les cas graves de COVID-19 qui se produisent au niveau systémique restent flous. Par exemple, les altérations épigénétiques dans le compartiment myéloïde, en particulier les monocytes de patients gravement malades atteints de COVID-19.

Les monocytes inflammatoires peuvent induire une tempête de cytokines chez les patients atteints de COVID-19 sévère. Par exemple, leurs profils de méthylation de l’ADN, entre autres marques épigénétiques, varient en réponse aux cytokines inflammatoires. [e.g., interleukin (IL)-6 and interferon-gamma (IFNγ)]. Des études sur les omiques unicellulaires ont également montré que les monocytes de patients atteints de COVID-19 sévère présentent une expression réduite des antigènes de classe II du complexe majeur d’histocompatibilité (MHC-II).

En général, la différenciation et l’activation des monocytes et autres cellules myéloïdes sont directement associées aux mécanismes épigénétiques. Par conséquent, le profilage de la reprogrammation épigénétique et transcriptomique dans les monocytes pourrait aider à comprendre pourquoi certaines voies immunitaires sont dérégulées lors d’un COVID-19 sévère.

À propos de l’étude

Dans la présente étude, les chercheurs ont obtenu des cellules mononucléaires du sang périphérique (PBMC) de 58 patients atteints de COVID-19 confirmé par la réaction en chaîne par polymérase à transcription inverse (RT-PCR) pour examiner les changements transcriptomiques dans cette population cellulaire spécialisée. Tous ces patients ont contracté le COVID-19 entre octobre et novembre 2020 et avaient été admis à l’unité de soins intensifs (USI) de l’hôpital universitaire Vall d’Hebron à Barcelone.

Les enquêteurs ont utilisé 48 des 58 échantillons pour l’analyse de la méthylation de l’ADN et les PBMC de 10 des 58 patients pour les données de séquençage de l’acide ribonucléique unicellulaire à base de gouttelettes (scRNA-seq). Ils ont utilisé 14 échantillons supplémentaires d’autres patients pour la méthylation de l’ADN et la validation de l’expression, dont neuf, cinq et six provenaient de patients atteints de COVID-19 sévère et léger, respectivement, et six étaient des donneurs sains (HD). La population témoin pour l’analyse de la méthylation de l’ADN comprenait 11 HD.

L’équipe a utilisé la cytométrie en flux (FC) pour isoler la population de monocytes, suivie de l’isolement de l’ADN. Ils ont ensuite hybridé 500 nanogrammes de cet ADN avec des puces BeadChip EPIC Infinium Methylation, permettant l’évaluation de plus de 850 000 sites de méthylation avec une résolution d’un seul nucléotide par échantillon. De plus, les chercheurs ont obtenu les intensités de fluorescence Cy3 et Cy5 des allèles méthylés et non méthylés. Enfin, ils ont évalué les valeurs bêta (b) et M. Le premier est le rapport entre l’intensité de la sonde méthylée et la somme des intensités de la sonde méthylée et non méthylée. Ce dernier est le record._deux rapport des intensités des sondes méthylées et non méthylées.

Résultats de l’étude

Chez un individu en bonne santé, les ratios de monocytes peuvent varier entre les monocytes classiques (CM), intermédiaires (IM) et non classiques (NCM). Les sous-populations de monocytes dans la cohorte de l’étude avaient une pureté moyenne de 98 % et ont montré une augmentation et une diminution significatives des populations CM et NCM, respectivement. Pour éviter la contamination par les neutrophiles, les chercheurs ont isolé des singulets et des cellules CD14+CD15-.

Par rapport aux HD, les patients atteints de COVID-19 sévère avaient 2 211 positions différentiellement méthylées (DMP) sur les sites CpG. Les sites CpG de l’ADN sont riches en nucléotides cytosine et guanine séparés par un phosphate. De plus, les auteurs ont découvert que 1 773 et 438 de ces 2 211 DMP étaient respectivement hyperméthylés et hypométhylés. De plus, l’analyse en composantes principales (PCA) de ces DMP a montré que les deux groupes de monocytes (COVID-19 et HD) se séparaient le long du premier axe PCA. Ces résultats n’ont pas varié avec les conditions préexistantes de ces patients COVID-19 ou leur traitement avec la dexaméthasone. L’ACP a également montré un chevauchement de patients avec différents paramètres cliniques.

Les auteurs ont noté un enrichissement en promoteurs et enhancers dans les DMP des groupements hyperméthylés et hypométhylés. De plus, ils ont observé une progression des anomalies de méthylation de l’ADN par rapport au score SOFA (Sequential Organ Failure Assessment), qui, à son tour, était lié aux gènes liés à l’IFN et à la production de cytokines des cellules T helper 1 (Th1).

CellPhoneDB est un référentiel public de ligands, de récepteurs et de leurs interactions permettant de comprendre les communications de cellule à cellule. Cette analyse des transcriptomes unicellulaires d’autres cellules immunitaires a suggéré des changements dans la diaphonie entre les monocytes, les cellules tueuses naturelles (NK) et les cellules T régulatrices (Tregs). En fin de compte, cette analyse a montré que les altérations de la diaphonie des cellules immunitaires contribuaient à la reprogrammation transcriptionnelle dans les monocytes chez les patients atteints de COVID-19 sévère, qui, à son tour, était régie par les gènes liés à l’IFN et les gènes associés à la présentation des antigènes et à la chimiotaxie.

conclusion

En résumé, les résultats de l’étude ont démontré une relation complexe entre les changements de méthylation de l’ADN chez les patients COVID-19 et les changements qui se produisent au cours de la différenciation myéloïde et sont inductibles par les cytokines pro-inflammatoires. Certains de ces changements dans la méthylation de l’ADN ont perpétué des réponses immunitaires dérégulées qui se sont produites parallèlement à des changements dans les niveaux d’expression des gènes les plus proches. De plus, ces changements se chevauchaient de manière significative avec les changements épigénétiques trouvés chez les patients atteints de septicémie, et d’autres ont montré une association avec un dysfonctionnement des organes.

*Nouvelles importantes

medRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et ne doivent donc pas être considérés comme concluants, guider la pratique clinique ou les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.