Vérification des petits ARN codés par le SARS-CoV-2 et leur contribution à l’inflammation pulmonaire associée à l’infection
Le SARS-CoV-2, agent causal du COVID-19, est apparu comme une menace mondiale pour la santé en raison de sa capacité à induire des complications respiratoires graves et une inflammation systémique. Bien que le virus partage ~79,2 % d’identité de séquence avec le SARS-CoV-1, ses mécanismes de pathogénicité, en particulier ceux qui entraînent l’inflammation pulmonaire, restent incomplètement compris. Des études récentes sur le SARS-CoV-1 ont révélé la production de petits ARN viraux (svARN) qui exacerbent la pathologie pulmonaire. En s’appuyant sur cette découverte, la présente étude cherche à déterminer si le SARS-CoV-2 code de manière similaire des svARN et à évaluer leur rôle dans la modulation des réponses inflammatoires de l’hôte pendant l’infection.
Identification et vérification des svARN codés par le SARS-CoV-2
L’étude a d’abord comparé les dix svARN dérivés du SARS-CoV-1 les plus abondants au génome du SARS-CoV-2 pour prédire six svARN potentiels codés par le SARS-CoV-2 (Tableau supplémentaire 1). La validation expérimentale a été réalisée à l’aide d’échantillons cliniques, comprenant cinq écouvillons nasopharyngés positifs au SARS-CoV-2, deux tissus pulmonaires fixés au formol et inclus en paraffine (FFPE) provenant de patients COVID-19 ayant subi une transplantation pulmonaire, et des modèles in vitro impliquant la lignée cellulaire épithéliale bronchique humaine 16HBE. Une polyadénylation combinée à une transcription inverse suivie d’une réaction en chaîne par polymérase (RT-PCR) et d’un pyroséquençage a confirmé l’existence de deux svARN—svARN-5p et svARN-3p—dans les échantillons cliniques infectés et les cellules transfectées (Figure 1A, B).
La prédiction de la structure secondaire à l’aide du serveur web RNAfold a suggéré que ces deux svARN proviennent d’un même ARN précurseur, formant une structure en épingle à cheveux de 66 paires de bases (Figure 1C, Figure supplémentaire 2). La séquence de ce précurseur, listée dans le Tableau supplémentaire 4, indique une voie de biogenèse non canonique, car les svARN ne dépendaient pas de la RNase III, du type cellulaire ou de l’espèce hôte, mais étaient corrélés aux niveaux de réplication virale. Cette observation est en accord avec les résultats antérieurs concernant le SARS-CoV-1, où les svARN ont montré leur capacité à échapper aux mécanismes d’interférence ARN de l’hôte.
Profilage transcriptionnel de l’inflammation pulmonaire associée au COVID-19
Pour caractériser le paysage inflammatoire des poumons infectés par le SARS-CoV-2, neuf ensembles de données de séquençage d’ARN provenant de patients COVID-19 (Tableau supplémentaire 5) ont été analysés. Trente-cinq gènes ont été identifiés comme étant significativement surexprimés chez les patients COVID-19, formant un profil d’expression caractéristique (Tableau supplémentaire 6). Les analyses d’enrichissement de l’ontologie génique (GO) et de la base de données Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) ont mis en évidence des voies associées à la signalisation de l’interféron de type I (IFN), à l’activité des chimiokines et à l’activation de la réponse immunitaire (Figure 1E).
Une validation supplémentaire par RT-qPCR sur des tissus pulmonaires FFPE de patients COVID-19 et de témoins non infectés a confirmé la surexpression de 16 gènes du profil à 35 gènes et de 8 gènes liés à la tempête de cytokines, notamment CXCL5, CXCL9, CXCL11, IFNG, IFNL1, et IL1A (Figure 1F, Tableaux supplémentaires 8 et 9). Les analyses d’enrichissement ont réitéré la prédominance de l’immunité médiée par l’IFN et de la signalisation des chimiokines dans la conduite de l’inflammation (Figure 1G). Ces résultats soulignent l’hyperactivation des voies immunitaires innées dans les poumons atteints de COVID-19, en accord avec la tempête de cytokines observée dans les cas graves.
Effets pro-inflammatoires du précurseur de svARN du SARS-CoV-2
Pour évaluer le rôle fonctionnel des svARN identifiés, des cellules 16HBE ont été transfectées avec des précurseurs synthétiques de svARN-5p, svARN-3p, ou un ARN témoin. Les cellules transfectées avec le précurseur de svARN ont montré la réponse inflammatoire la plus marquée, caractérisée par une surexpression significative de CXCL8, CXCL11, IFNA1, IFNB1, IFNG, et IFNL1 (Figure 1H). De manière frappante, la transfection avec les svARN matures seuls n’a pas induit d’effets similaires, suggérant que la réponse inflammatoire dépend du précurseur moléculaire plutôt que des svARN traités.
Les analyses GO et KEGG des gènes différentiellement exprimés dans les cellules transfectées ont également impliqué les voies de l’IFN de type I et la signalisation médiée par les chimiokines comme mécanismes centraux (Figure 1I). Des expériences dépendantes du temps et de la dose ont révélé que les effets pro-inflammatoires du précurseur de svARN n’étaient pas dépendants de la dose, mais s’intensifiaient avec le temps. À 96 heures post-transfection, une surexpression soutenue de CXCL8, CXCL11, et IFNB1 a été observée, ainsi que de six gènes du profil à 35 gènes du COVID-19 : IFI27, EIF2AK2, LY6E, DDX58, BTN3A1, et SERPING1 (Figure 1J, K, Figure supplémentaire 3). Ces résultats suggèrent que le précurseur de svARN perpétue l’inflammation en amplifiant les réponses IFN et chimiokines, contribuant potentiellement à l’activation immunitaire prolongée observée dans les cas graves de COVID-19.
Implications pour la pathogénèse du SARS-CoV-2 et les thérapeutiques
L’étude met en lumière deux résultats clés :
- Le SARS-CoV-2 Code des svARN Fonctionnels : La vérification de svARN-5p et svARN-3p dans des échantillons cliniques et des modèles cellulaires confirme que le SARS-CoV-2, comme le SARS-CoV-1, produit des svARN. Ces molécules sont probablement dérivées d’un précurseur commun, les positionnant près des extrémités du génome viral—un modèle observé chez d’autres virus à ARN.
- Le Précurseur de svARN Déclenche l’Inflammation : Le précurseur moléculaire, plutôt que les svARN matures, active des voies critiques pour les réponses IFN et chimiokines. Ce mécanisme reflète celui du SARS-CoV-1, où l’inhibition de svARN-N a réduit la pathologie pulmonaire, suggérant une stratégie conservée parmi les coronavirus pour manipuler l’immunité de l’hôte.
La biogenèse des svARN du SARS-CoV-2 reste incertaine mais semble indépendante des voies canoniques de l’interférence ARN. Des recherches supplémentaires sur leurs mécanismes de production pourraient révéler des cibles thérapeutiques. Par exemple, perturber la structure du précurseur ou inhiber son traitement pourrait atténuer l’inflammation sans cibler directement la réplication virale—une stratégie qui pourrait compléter les thérapies antivirales existantes.
Conclusion
Cette étude fournit les premières preuves de l’existence de svARN codés par le SARS-CoV-2 et de leur contribution à l’inflammation pulmonaire associée à l’infection. Le rôle du précurseur de svARN dans l’activation des voies CXCL8, CXCL11, et IFN de type I offre de nouvelles perspectives sur la pathogénèse du COVID-19. Ces découvertes ouvrent la voie à de nouvelles thérapeutiques visant à atténuer les réponses immunitaires excessives, réduisant potentiellement la morbidité dans les cas graves.
doi:10.1097/CM9.0000000000002059