Назад
В недавнем исследовании, размещенном на сервере medRxiv, ученые провели анализ метилирования ДНК моноцитов в образцах периферической крови, полученных от пациентов с тяжелой формой COVID-19.
Многочисленные исследования прояснили влияние усиленных иммунных реакций, связанных с тяжелой формой COVID-19. Тем не менее, многие аспекты гиперинтенсивных воспалительных реакций при тяжелом COVID-19, происходящих на системном уровне, остаются неясными. Например, эпигенетические изменения в миелоидной фракции, особенно в моноцитах пациентов с тяжелой формой COVID-19.
Воспалительные моноциты могут вызывать цитокиновый шторм у пациентов с тяжелой формой COVID-19. Например, их профили метилирования ДНК, наряду с другими эпигенетическими метками, изменяются в ответ на воспалительные цитокины [например, интерлейкин (IL)-6 и интерферон-гамма (IFNγ)]. Омические исследования единичных клеток также показали, что моноциты пациентов с тяжелой формой COVID-19 демонстрируют сниженную экспрессию основных антигенов комплекса гистосовместимости класса II (MHC-II). В целом, дифференцировка и активация моноцитов и других миелоидных клеток напрямую связаны с эпигенетическими механизмами. Таким образом, профилирование эпигенетического и транскриптомного перепрограммирования в моноцитах может помочь понять, почему некоторые иммунные механизмы становятся дисрегуляторными при тяжелом COVID-19.
В настоящем исследовании ученые получили мононуклеарные клетки периферической крови (PBMCs) 58 пациентов с подтвержденным COVID-19 методом РТ-ПЦР для изучения транскриптомных изменений в этой специализированной клеточной популяции. Все эти пациенты заразились COVID-19 в период с октября по ноябрь 2020 года и поступили в отделение интенсивной терапии Университетской больницы Валь-д'Эброн в Барселоне.
Исследователи использовали 48 из 58 образцов для анализа метилирования ДНК и PBMC от 10 из 58 пациентов для секвенирования единичных клеток scRNA-seq. Для валидации ДНК-метилирования и экспрессии они использовали 14 дополнительных образцов от других пациентов, из которых девять и пять были от пациентов с тяжелой и легкой формой COVID-19, соответственно, а шесть - от здоровых доноров (ЗД). Контрольная популяция для анализа метилирования ДНК состояла из 11 ЗД.
Авторы использовали проточную цитометрию для выделения популяции моноцитов, затем выделили ДНК. Затем они гибридизировали 500 нанограмм этой ДНК на массивах Infinium Methylation EPIC BeadChip, что позволило оценить более 850 000 участков метилирования с однонуклеотидным разрешением на образец. Далее исследователи получили интенсивность флуоресценции Cy3 и Cy5 метилированных и неметилированных аллелей. Наконец, они оценили значения бета (b) и M. Первое - это отношение интенсивности метилированного зонда к сумме интенсивностей метилированного и неметилированного зондов. Второе - это log2 отношение интенсивностей метилированного и неметилированного зондов.
У здорового человека пропорции моноцитов могут меняться между классическими (КМ), промежуточными (ПМ) и неклассическими (НКМ) моноцитами. Субпопуляции моноцитов в исследуемой когорте имели среднюю чистоту 98% и показали значительное увеличение и уменьшение популяций КМ и НКМ, соответственно. Чтобы избежать загрязнения нейтрофилами, исследователи выделили синглетные и CD14+CD15-клетки.
По сравнению с ЗД, у пациентов с тяжелой формой COVID-19 было 2211 дифференциально метилированных позиций (DMP) в CpG-сайтах. Сайты CpG в ДНК богаты нуклеотидами цитозина и гуанина, разделенными фосфатом. Далее авторы отметили, что 1773 и 438 из этих 2211 DMP были гиперметилированы и гипометилированы, соответственно. Более того, анализ главных компонент (PCA) этих DMP показал, что две группы моноцитов (COVID-19 и ЗД) разделились по первой оси PCA. Эти результаты не менялись в зависимости от предшествующих заболеваний этих пациентов COVID-19 или их лечения дексаметазоном. РСА также показал совпадение пациентов с различными клиническими параметрами.
Авторы отметили обогащение промоторов и энхансеров в DMP как гипер-, так и гипометилированных кластеров. Более того, они отметили прогрессию изменений метилирования ДНК в отношении оценки последовательной органной недостаточности (SOFA), которая, в свою очередь, была связана с генами, связанными с IFN, и продукцией цитокинов T хелперами 1 (Th1).
CellPhoneDB - это общедоступное хранилище лигандов, рецепторов и их взаимодействий, позволяющее понять коммуникации между клетками. Этот анализ транскриптомов отдельных клеток других иммунных клеток показал изменения в перекрестном взаимодействии между моноцитами, натуральными киллерными (NK) клетками и регуляторными Т-клетками (Treg). Наконец, этот анализ показал, что изменения в перекрестном взаимодействии иммунных клеток способствовали транскрипционному перепрограммированию моноцитов у пациентов с тяжелой формой COVID-19, которое, в свою очередь, регулировалось генами, связанными с IFN, и генами, связанными с презентацией антигенов и хемотаксисом.
Подводя итог, можно сказать, что результаты исследования продемонстрировали сложную взаимосвязь между изменениями метилирования ДНК у пациентов с COVID-19 и изменениями, которые происходят во время миелоидной дифференцировки и индуцируются провоспалительными цитокинами. Некоторые из таких изменений метилирования ДНК закрепляли дисрегуляцию иммунного ответа, которая происходила параллельно с изменениями в уровнях экспрессии ближайших генов. Кроме того, эти изменения значительно перекрывались с эпигенетическими изменениями, обнаруженными у пациентов с сепсисом, а другие показали ассоциацию с дисфункцией органов.
