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COVID-19 peut directement infecter et endommager les cellules rénales humaines

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Le virus qui cause le COVID-19, le SRAS-CoV-2, peut infecter directement un type spécialisé de cellules rénales. La découverte aide à expliquer pourquoi l’insuffisance rénale aiguë est l’une des principales complications observées chez les patients atteints de COVID-19 sévère, selon les ingénieurs biomédicaux et les virologues de l’Université Duke.

La recherche a été publiée en ligne le 20 avril dans la revue Frontières de la biologie cellulaire et du développement.

Lorsque le COVID-19 a commencé à se propager à travers le monde au début de 2020, les médecins savaient que le virus infectait principalement les cellules des voies respiratoires. Mais alors que le nombre de cas commençait à augmenter, les médecins ont été surpris de voir que de nombreux patients – en particulier ceux atteints de COVID-19 sévère – développaient également des lésions aux reins.

La question a attiré l’attention de Samira Musah lorsqu’elle a assisté à un symposium virtuel au printemps 2020. Musah, professeur adjoint de génie biomédical et de médecine à Duke, a écouté les médecins présenter des recherches décrivant comment des patients qui n’avaient jamais connu de problèmes liés aux reins développaient une maladie rénale après avoir contracté la COVID-19.

« C’était choquant d’entendre des médecins décrire comment des patients en bonne santé ont soudainement développé une lésion rénale et ont dû suivre une dialyse après avoir contracté le SRAS-CoV-2 », a déclaré Musah. « Il était clair que le virus faisait quelque chose aux reins, mais c’était si tôt dans la pandémie que personne ne savait ce qui se passait. »

Dans des travaux antérieurs, Musah et son équipe ont montré qu’ils pouvaient guider les cellules souches pluripotentes induites par l’homme pour qu’elles se développent et mûrissent en podocytes fonctionnels, qui est un type spécifique de cellule rénale qui aide à contrôler l’élimination des toxines et des déchets du sang. Musah et Titilola Kalejaiye, une stagiaire postdoctorale du laboratoire, ont voulu voir s’ils pouvaient utiliser ce modèle pour déterminer comment et pourquoi le SARS-CoV-2 était capable d’endommager les cellules rénales.

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Comme preuve de concept, Kalejaiye a initialement travaillé avec une version pseudovirus du SARS-CoV-2. Ces pseudovirus sont développés pour imiter les caractéristiques de virus spécifiques mais sont incapables de produire des particules virales compétentes pour la réplication, ce qui les rend sûrs à utiliser pour de vastes recherches. Après avoir introduit le pseudovirus dans leur modèle cellulaire de podocytes, Kalejaiye a découvert que la protéine de pointe du virus pouvait se lier directement à de nombreux récepteurs à la surface des podocytes.

« Nous avons découvert que le virus était particulièrement apte à se lier à deux récepteurs clés à la surface des podocytes, et ces récepteurs sont abondants dans ces cellules rénales », a expliqué Kalejaiye, qui est également le premier auteur de l’article. « Il y avait une forte absorption du virus au départ, et nous avons également constaté que lorsque vous augmentiez la dose de virus, l’absorption augmentait encore plus. Le virus semblait avoir une forte affinité pour ces cellules rénales. »

Pour tester leur modèle de podocyte avec le vrai virus SARS-CoV-2, Musah et Kalejaiye se sont associés à Maria Blasi, professeure adjointe de médecine à Duke et chercheuse au Duke Human Vaccine Institute. Avant la pandémie, Blasi explorait comment les virus, y compris le VIH, infectent et endommagent un autre sous-ensemble de cellules rénales appelées cellules épithéliales tubulaires rénales.

« C’est un coup de chance que nous nous soyons croisés lors de la réunion de la faculté à laquelle nous avons tous les deux assisté », a déclaré Blasi. « Samira cherchait quelqu’un ayant de l’expérience dans la manipulation de virus vivants, et je cherchais un modèle de podocytes que Samira peut fabriquer, alors nous avons décidé de faire d’une pierre deux coups. »

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Tout comme pour le pseudovirus, l’équipe a observé que la version vivante du virus avait une forte affinité pour les podocytes. Une fois que le virus a infecté les cellules, il a endommagé les podocytes, provoquant la rétraction et le ratatinement de leurs longues structures en forme de doigts, qui aident à filtrer le sang. Si les lésions des cellules étaient trop graves, les podocytes mourraient.

« Au-delà des dommages structurels, nous avons vu que le virus pouvait détourner la machinerie des podocytes pour produire des particules virales supplémentaires qui pourraient se propager pour infecter des cellules supplémentaires », a déclaré Blasi.

L’équipe espère maintenant étendre ses travaux pour étudier le comportement des différentes variantes du SRAS-CoV-2 dans les cellules rénales. À mesure que des variantes du virus sont apparues, les lésions rénales se produisent moins fréquemment. Cela a amené l’équipe à se demander comment les nouvelles variantes évoluent et si elles deviennent moins capables d’infecter les cellules rénales.

« Je pense qu’il est remarquable que nous soyons passés d’être à la maison et d’entendre les rapports initiaux des médecins pour former cette collaboration virtuellement et avoir ces résultats dans un délai aussi court », a déclaré Musah. « Nous avions les bonnes personnes et les bons outils au bon moment. Cela a été l’une des collaborations les plus réussies de mon laboratoire relativement jeune, et je suis impatient de poursuivre ce travail. »


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