Initial COVID-19-associated SARS-CoV-2 Cell Atlas and Response – ICARE

Le COVID-19 est devenu un problème majeur de santé publique aux conséquences sociétales et économiques désastreuses. Le virus responsable, le SARS-CoV-2, appartient à la famille des Bétacoronavirus aux côtés des virus SARS-Cov and MERS-Cov et il est associé à l’expression d’un syndrôme respiratoire allant jusqu’au développement de pneumonies parfois létales. La connaissance des cellules cibles et des réponses cellulaires précoces sont des éléments essentiels à la compréhension de la physiopathogénie virale. Les SARS-CoV and MERS-CoV interagissent avec plusieurs types de récepteurs et co-récepteurs. Ils présentent des tropismes cellulaires incomplètement caractérisés, dont des cellules épithéliales et des cellules dendritiques et des macrophage qui lient immunité innée et adaptative. Ces tropismes ont été déduits d’autopsies (donc tard dans l’infection), de cultures de lignées cellulaires et de fragments de poumon, qui ne reproduisent pas la complexité des interactions hôte-virus dans l’architecture d’un poumon complet.

Dans ICARE, nous proposons d’infecter avec le SARS-CoV-2 des poumons humains entiers perfusés ex vivo (EVLP), dans un système de pré-conditionnement de poumons marginaux utilisé en transplantation. Ce modèle offre l’opportunité unique d’identifier les cellules initiales ciblées par le virus dans un modèle le plus physiologique possible.

Des poumons refusés pour la transplantation seront infectés par le SARS-CoV-2 dans nos installations confinées P3+. Pour identifier les types cellulaires infectés et les réponses cellulaires précoces, nous prélèverons des biopsies à T0H et T10H post-infection que nous dissocierons par voie enzymatique et analyserons par RNA-seq sur cellules uniques (scRNA-seq). Une fraction cellulaire totale et une fraction enrichie en monocytes/macrophages et cellules dendritiques seront utilisées. Les types cellulaires seront identifiés sur la base des signatures transcriptomiques spécifiques de sous-types de cellules épithéliales, monocytes/macrophages, dendritiques et autres cellules du poumon. Les ARN viraux seront recherchés dans les différents types cellulaires identifiés. L’analyse du tropisme viral sera complétée par une détection des protéines virales en microscopie bi-photonique dans des biopsies transparisées. Enfin, les réponses innées au virus dans les différents sous-types cellulaires seront mises en évidence par l’analyse en génomique fonctionnelle des données de scRNA-seq.

Au total ICARE apportera des informations de grande pertinence physiologique sur les cibles cellulaires du SARS-CoV-2 ainsi que sur les réponses cellulaires précoces à l’infection. Ce modèle d’infection de poumon total perfusé pourrait être étendu à d’autres Bétacoronavirus et à autres pathogènes respiratoires. La connaissance des types cellulaires infectés et de leur importance relative sera précieuse pour guider des stratégies prophylactiques et thérapeutiques visant à bloquer l’entrée virale. Enfin la réponse précoce pourrait révéler des mécanismes d’échappement viral dans des types cellulaires particuliers ainsi que des mécanismes impliqués dans la sévérité de l’expression clinique qui pourraient être visés par des stratégies thérapeutiques adaptées.