Selon une étude menée par l'Institute for Basic Science publiée dans Journal of Clinical Investigation, le SRAS-CoV-2, l'agent causal de la COVID-19, pénètre dans les cellules hôtes par interaction entre la protéine de pointe du virus et le domaine de liaison au récepteur extracellulaire de l'ACE2. L'entrée virale dans les cellules est complétée par diverses protéases, qui permettent aux membranes virales et cellulaires de fusionner. Bien que l'on sache que les voies respiratoires supérieures sont compromises au début de l'infection, les types exacts de cellules que le virus infecte au stade le plus précoce n'ont pas encore été identifiés.
Les chercheurs ont découvert les processus impliqués dans les premiers stades de l'infection au COVID-19. Ces derniers sont parvenus en combinant la coloration par immunofluorescence (IFS) et le séquençage de l'ARN unicellulaire (scRNA-seq) des molécules impliquées dans le processus d'entrée virale. Grâce à cela, Koh et ses collègues ont identifié la cible exacte du coronavirus au niveau cellulaire en comparant les résultats des sujets infectés par COVID-19 avec ceux de témoins sains.
Les chercheurs ont d'abord recherché la présence d'ACE2, de TMPRSS2 et de FURIN, qui sont les molécules prédominantes liées à l'entrée du SRAS-CoV-2, à la surface de divers types de cellules de l'épithélium nasal. Il a été constaté que ces protéines étaient présentes en grande quantité sur les cellules ciliées. De plus, les côtés apicaux (supérieurs) de ces cellules présentaient des niveaux plus élevés de ces molécules par rapport au côté basal (inférieur). Les niveaux de ces protéines étaient les plus élevés dans les cellules multiciliées complètement différenciées. D'autre part, les protéines d'entrée virales n'ont pas été trouvées dans les cellules épithéliales indifférenciées ou les cellules sécrétoires telles que les cellules caliciformes.
Les chercheurs ont étudié plus avant ces cellules épithéliales nasales à l'aide de scRNA-seq et ont visualisé les cellules en différents groupes à l'aide d'UMAP. Des échantillons ont été collectés auprès de quatre patients le premier jour de leur diagnostic de COVID-19, qui ont été comparés à deux échantillons de donneurs sains. Il a été constaté que la fraction de cellules multiciliales était fortement réduite dans les échantillons de patients infectés, alors qu'il y avait une augmentation des cellules sécrétoires et des cellules en différenciation. Cela a laissé entendre que les cellules multiciliales ont été les premières à être attaquées et tuées par le virus, qui sont ensuite remplacées par ces derniers types de cellules.
Les chercheurs ont également mesuré le niveau de transcrits d'ARNm du SRAS-CoV-2 dans les différents types de cellules. Parmi toutes les cellules épithéliales des patients infectés par COVID-19, 38% des cellules étaient étiquetées comme des cellules SARS-CoV-2hi. Jusqu'à 75 % des gènes détectés dans ces cellules étaient d'origine virale, contre moins de 1 % pour les autres amas de cellules. Cela signifie que ces cellules servent d'usines principales pour la production de masse de virus SARS-CoV-2. Bien qu'il n'ait pas été possible d'identifier directement ces cellules par la séquence d'ARN en raison du fait qu'elles produisent principalement de l'ARNm viral, les chercheurs ont utilisé une analyse de pseudo-trajectoire temporelle pour prédire leurs chemins de différenciation. La trajectoire de différenciation a montré que les cellules du SRAS-CoV-2hi provenaient probablement de cellules ciliées. Une analyse IFS plus poussée sur les échantillons de patients infectés a déterminé de manière concluante que jusqu'à 85 % des usines de SARS-CoV-2 étaient en fait des cellules multiciliées.
Selon les chercheurs, l'étude a permis de déterminer que les cellules multiciliées de l'épithélium nasal sont les premières cellules ciblées au début de l'infection au COVID-19. Cela implique que le ciblage de ces cellules à l'aide de traitements spécifiques, tels que des sprays nasaux, peut être une stratégie idéale pour freiner l'infection au COVID-19 à un stade précoce.
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