Première étude multiomique spécifique à un type de cellule du cerveau du VIH

Dans un article récent publié dans la revue Cellule moléculaireles chercheurs présentent une ressource de données précieuse qui fournit des informations approfondies sur les mécanismes cellulaires et génétiques régissant l’intégration et l’expression du virus de l’immunodéficience humaine (VIH) dans le cerveau humain.

Étudier: L’intégration du VIH dans le cerveau humain est liée à l’activation microgliale et au remodelage 3D du génome. Crédit d’image : SquareMotion / Shutterstock.com

Arrière plan

Le VIH pénètre dans le système nerveux central (SNC) dans les deux premières semaines suivant l’infection. La microglie, les cellules myéloïdes et les macrophages, qui constituent collectivement 5 à 10 % des neurones, sont principalement infectés.

L’encéphalite infectée par le VIH (HIV) est une complication peu fréquente suite à la découverte de la thérapie antirétrovirale combinée (cART) ; Cependant, HIVE est la condition idéale pour étudier l’impact de la réplication active du VIH sur le cerveau. Dans certains cas, au cours des premiers stades de l’infection aiguë par le VIH, les patients présentent des symptômes neurologiques ressemblant à un état de type HIVE.

Davantage de données au niveau du génome et du transcriptome sont nécessaires pour concevoir des traitements efficaces contre les troubles neurocognitifs associés au VIH (MAIN), qui affectent entre 20 et 50 % des personnes infectées par le VIH dans le monde. À ce jour, la plupart des études génomiques se sont concentrées sur le profilage de l’expression génique des tissus en vrac pour démontrer les changements métaboliques et la neuroinflammation déclenchés par le VIH.

À propos de l’étude

Dans la présente étude, les chercheurs réalisent la première étude de génomique intégrative spécifique au type de cellule englobant la cartographie tridimensionnelle (3D) du génome, le séquençage du site d’intégration du VIH (IS-seq) et la transcription à noyau unique.

Alors que les études antérieures utilisaient des tissus en vrac, les chercheurs de l’étude actuelle ont utilisé des tissus du lobe frontal de donneurs décédés infectés par le VIH et de témoins avec et sans encéphalite. Plus précisément, des échantillons de matière grise du cortex frontal et de substance blanche sous-corticale de trois sujets non infectés par le VIH, trois infectés par le VIH et sept HIVE ont été obtenus.

Pour la résolution de la transcription au niveau du type cellulaire, l’équipe a effectué un séquençage de l’acide ribonucléique à noyau unique de chrome 10X (snRNA-seq) sur des échantillons de tissus du lobe frontal du cerveau. De plus, les chercheurs ont criblé des noyaux uniques pour les transcrits du VIH et ont observé des transcrits du VIH dans tous les types de cellules cérébrales.

La réorganisation 3D de la microglie n’a pas été visualisée habitent. Par conséquent, l’équipe a généré des cartes de capture de conformation chromosomique (Hi-C) à haut débit à l’échelle du génome pour la microglie de deux cerveaux HIVE avec des témoins appariés selon l’âge et le sexe. Selon les résultats de séquençage de l’ARN sc, ces échantillons de cerveau HIVE avaient confirmé l’expression du VIH.

De plus, les chercheurs ont examiné des compartiments chromosomiques de 0,1 à 10 mégabases (Mb) de cellules microgliales qui ont ensuite été divisés en compartiments A et B denses et pauvres en gènes. Notamment, la séparation de phase entraîne la ségrégation spatiale des compartiments chromosomiques A et B.

Étant donné que HIVE remodèle également l’architecture du compartiment de la chromatine, les chercheurs ont exploré les domaines topologiquement associés (TAD) et les altérations de la boucle dans les cellules microgliales.

Résultats de l’étude

Grâce à snRNA-seq, 69 843 noyaux ont été profilés, ce qui a conduit à une moyenne de 2 401 gènes exprimés de manière différentielle (DEG) et à une profondeur moyenne de 119 797 lectures. En outre, l’analyse différentielle des compartiments de Hi-C (dcHiC) englobant 194 Mb du génome microglial, soit presque la taille du chromosome 5 humain, a également révélé des variations significatives de la compartimentation A/B dans le cerveau HIVE par rapport au Cerveau infecté par le VIH.

Tout en subissant une profonde réorganisation, les conformations chromosomiques au site des DEG dans la microglie ont également modifié les TAD à échelle kilo à mégabase et recâblé des centaines de boucles spécifiques au contact.

Le génome dans le compartiment A de la ruche et de la microglie infectée par le VIH a montré un changement marqué de 47,3 % à 46,2 %. De plus, les 118 Mb de compartiments chromosomiques A/B des cellules de la microglie HIVE sont passés à une conformation plus ouverte, tandis que 76 Mb sont passés à une conformation plus fermée dans la direction opposée.

Les régions avec une compartimentation A augmentée dans sept échantillons de HIVE avaient 1 940 gènes exprimés à des niveaux significativement plus élevés que trois microglies infectées par le VIH de l’ensemble de données snRNA-seq. Dans l’ensemble, les modifications du compartiment Hi-C dans HIVE étaient spécifiques à la microglie.

L’analyse des voies fonctionnelles a révélé un enrichissement substantiel des gènes de la cascade du complément, de l’interféron (IFN) et d’autres voies de signalisation des cytokines, ainsi que des voies de chimiotaxie et de migration myéloïdes. Ces changements ont indiqué un changement dans la fonctionnalité de la microglie des fonctions de soutien neuronal à l’inflammation due à l’intégration du VIH dans le cerveau.

Remarquablement, la microglie non encéphalitique des cerveaux infectés par le VIH a montré des changements conservés dans l’expression des gènes liés à la santé neuronale, même en l’absence d’intégration du VIH. Une insulte précoce conduit probablement à HAND et à un dysfonctionnement neuronal associé pendant l’infection par le VIH, malgré l’absence d’infection neuronale directe.

conclusion

La présente étude a démontré que les altérations 3D à l’échelle du génome dans les cerveaux infectés par le VIH étaient spécifiques à la microglie et entraînaient une reprogrammation significative du transcriptome nucléaire. Par exemple, les locus de gènes dans la microglie HIVE, avec une expression régulée positivement, sont passés à un état de transcription et de chromatine ouverte plus favorable, indiquant ainsi que l’intégration et la transcription du VIH ont provoqué ces changements immunitaires dans la microglie.

De plus, les transcrits dérivés du VIH ont eu un impact sur les conformations chromosomiques microgliales via d’autres mécanismes. Le VIH a montré une forte prédilection pour l’intégration dans la chromatine ouverte du compartiment A. En effet, certains sites d’intégration du VIH dépendent probablement de stades de la maladie similaires aux lymphocytes T, qui ont été signalés dans des études antérieures.

D’autres virus, tels que le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2), recâblent également l’organisation chromosomique au niveau du gène du récepteur odorant. Les chercheurs ont noté un lien entre la stimulation immunitaire et l’infection, suggérant que l’activation de la microglie cérébrale potentialise d’une manière ou d’une autre l’infection par le VIH.

Ces microglies sont des sites de niveaux élevés de transcription productive du VIH, qui se diffuse ensuite à partir d’ici dans d’autres populations de cellules cérébrales sensibles. Ces petites populations clonales de sites d’intégration du VIH se répliquent et augmentent la population de virus du SNC.

Dans l’ensemble, les données de l’étude montrant des différences spécifiques au type de cellule dans les sites d’intégration du VIH pourraient soutenir le développement de thérapies de guérison du VIH de nouvelle génération.