Ensemble de données de transcriptome nasopharyngé hôte d’une cohorte italienne positive au SRAS-CoV-2

Le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2), responsable de la maladie à coronavirus 19 (COVID-19), est apparu en décembre 2019 lorsque le premier cas a été signalé à Wuhan, en Chine. Peu de temps après, il s’est rapidement propagé à d’autres pays du monde, devenant une pandémie avec plus de 4 millions de décès et 230 millions de cas enregistrés.¹.

Différents facteurs rendent difficile la maîtrise de la propagation du COVID-19. Ceux-ci incluent le taux de mutation élevé du virus, le défi de diagnostiquer les individus asymptomatiques ou légèrement symptomatiques et la capacité du virus à se transmettre pendant la phase pré-symptomatique².

Après les processus de transmission par gouttelettes respiratoires, aérosols ou contamination de surface, suit la période d’incubation qui pourrait entraîner une pléthore de symptômes tels que fièvre, toux, essoufflement, perte de goût et d’odorat, diarrhée et nausées³. Néanmoins, une proportion notable d’individus souffrant de maladies préexistantes, telles que l’asthme, le diabète, les maladies cardiovasculaires et d’autres maladies chroniques, ont connu des complications graves telles que des affections pulmonaires ou un syndrome respiratoire aigu.⁴. Certaines insuffisances respiratoires dans les cas d’infection grave par le SRAS-CoV-2 se sont avérées associées à l’activation de la réponse immunitaire et des mécanismes pro-inflammatoires par les chimiokines et la libération de cytokines, qui peuvent être causées par un « syndrome de tempête de cytokines »⁵. En plus des conditions cliniques préexistantes, d’autres facteurs, tels que l’âge, le sexe et l’origine ethnique peuvent également avoir un impact sur la présentation clinique des patients infectés⁶.

Comme la vaste gamme de sensibilité à la maladie et de résultats observés chez les personnes infectées par le SRAS-CoV-2 peut être attribuée à la modulation de l’expression génique résultant des interactions virus-cellule hôte, plusieurs études ont été réalisées pour étudier les effets biologiques de l’infection virale sur l’hôte. profil du transcriptome⁷. Le SRAS-CoV-2 pénètre dans la cellule hôte par fixation directe à plusieurs récepteurs sur la membrane cellulaire ou par fusion membranaire dans l’endosome après endocytose, entraînant d’autres facteurs de modulation de l’expression génique humaine⁸. Le SRAS-CoV-2 pénètre principalement dans les cellules hôtes par l’intermédiaire de l’enzyme de conversion de l’angiotensine-2 (ACE2) située à la surface de différents types de cellules. Cette interaction active la voie rénine-angiotensine, ce qui peut augmenter le risque de symptômes graves du COVID-19 chez les personnes touchées⁹. Par conséquent, lors de la détection d’une infection, les cellules humaines activent des mécanismes pour contrer la réplication virale, ce qui implique une reprogrammation importante de leur propre transcriptome.^dix. Malgré la propagation mondiale, la réponse immunitaire de l’hôte contre l’infection par le SRAS-CoV-2 reste mal caractérisée. L’identification des différences de transcriptome peut être utile pour la détermination des voies cellulaires qui sont modulées par le virus dans les cellules infectées.

Ici, notre objectif est de fournir un ensemble complet de données transcriptomiques d’une cohorte d’individus italiens positifs au SRAS-CoV-2. Cet ensemble de données permettra à la communauté scientifique d’étudier l’impact de l’infection virale sur le transcriptome des cellules muqueuses. Dans ce but, l’ARN extrait de 35 écouvillons nasopharyngés de patients COVID-19 inscrits dans la région de Campanie a été soumis à un séquençage de l’ARN total et à une analyse bioinformatique ultérieure (Fig. 1).

Les patients ont été sélectionnés en fonction de l’âge, du sexe, du moment de l’échantillonnage et de la manifestation clinique de la maladie (Fig. 2a et fichier supplémentaire 1). Notre échantillonnage couvre également le moment des trois vagues différentes d’infections par le SRAS-CoV-2 en Italie, allant de la déclaration de pandémie en mars 2020 au printemps 2021¹¹. Dans le détail, 15 cas appartiennent à la 1ère période (mars-mai 2020), 13 à la 2ème période (septembre-novembre 2020) et 7 à la 3ème période (janvier-février 2021) (Fig. 2a).

Analyse des profils d’expression des gènes ARN entre la 1ère et la 3ème vague (un) Résumé des données démographiques et autres caractéristiques des patients des cas recrutés dans cette cohorte. (b) Volcano plot résumant les changements de transcription comparant la 1ère à la 3ème période. Le point vert et le point rouge montrent respectivement des gènes régulés à la baisse et à la hausse. Selon le seuil ajusté des valeurs p (FDR) de 0,05, les transcrits associés à des valeurs d’expression insignifiantes sont signalés en gris. La ligne pointillée (seuil) représente le seuil (valeur de p ≤ 0,01). (c) Diagramme à barres montrant la voie statistiquement significative, selon l’IPA, des gènes exprimés de manière différentielle entre la 1ère et la 3ème vague pandémique en Campanie. (d) Diagramme à barres montrant le biotype de gènes exprimés de manière différentielle détecté dans l’analyse, divisé en gènes codant pour les protéines (bleu) et non codants (orange).

Fait intéressant, par l’approche de l’ARN total et les conditions de séquençage en profondeur, détaillées dans la section Méthodes, nos analyses bioinformatiques ont également détecté des lectures alignées sur le génome du SRAS-CoV-2. De cette manière, nous sommes également en mesure d’observer la distribution des variantes virales propres aux différentes vagues pandémiques, ce qui peut contribuer à l’analyse de la variabilité de la réponse de l’hôte (Fig. 2a et fichier supplémentaire 1).

L’ensemble de données de transcriptome proposé ici peut fournir des informations précieuses sur l’impact biologique de l’infection par le SRAS-CoV-2 sur la modulation de l’expression du gène de l’hôte. En analysant cet ensemble de données et en l’intégrant à d’autres, les chercheurs pourraient identifier les gènes clés codant et non codant pour les protéines impliqués dans les voies affectées par l’entrée du virus. Cela pourrait aider au développement de nouvelles thérapies et de nouveaux outils de diagnostic.

De plus, cet ensemble de données comprend plusieurs facteurs cliniques qui peuvent être utilisés pour étudier la relation entre ces facteurs et les modifications de l’expression génique de l’hôte induites par l’infection par le SRAS-Cov-2.

De plus, l’attribution de clade offre la possibilité d’étudier les différences potentielles dans les profils de transcriptome entre différentes souches virales. Cela peut aider à comprendre la pathogenèse de la maladie et les différences potentielles de virulence et de transmissibilité entre les différentes variantes du SRAS-CoV-2. Dans l’ensemble, l’ensemble de données transcriptome de la cohorte italienne de ces patients est une ressource précieuse pour les chercheurs à intégrer à d’autres ensembles de données et à identifier des cibles thérapeutiques potentielles et des biomarqueurs diagnostiques.