Dados de Célula Única Revelando a Complexidade das Respostas Imunes ao SARS-CoV-2

Os resultados clínicos da SARS-CoV-2 apresentam uma variação substancial entre indivíduos, com fatores de risco que incluem idade avançada, género masculino, comorbilidades e genética do hospedeiro, conforme apoiado por pesquisas existentes.

Para elucidar a influência da seleção natural e da mistura histórica do genoma na resposta imunitária ao SARS-CoV-2, foi realizado um estudo abrangente. A equipa de investigação reuniu uma coorte de 220 indivíduos de diversos géneros e origens ancestrais. Estes indivíduos foram submetidos a sequenciação de sangue periférico a nível de célula única, abrangendo infecções por SARS-CoV-2 e vírus da gripe A, juntamente com sujeitos de controlo correspondentes. Isto resultou numa base de dados robusta de um milhão de transcriptomas de célula única de alta qualidade, revelando 22 tipos celulares distintos na medula óssea, bem como células B, células T CD4+, células T CD8+ e células assassinas naturais (NK) dentro do perfil imunitário. Subsequentemente, o estudo examinou meticulosamente os efeitos distintos da variação genética e da seleção natural nas respostas imunitárias através de uma análise aprofundada de eQTL (loci de traço quantitativo de expressão) e dinâmicas de seleção natural. Os resultados desta pesquisa pioneira foram publicados em Natureza.

Respostas de células individuais da população ao SARS-CoV-2 e IAV. (Aquino et al., 2023)

Heterogeneidade Celular na Infecção Latente por Citomegalovírus Varia Através de Diferentes Contextos Genéticos

Disparidades significativas na composição celular foram observadas entre diferentes coortes de fundo genético, com particular destaque nas células NK. Notavelmente, um subconjunto de células NK semelhantes a células de memória representava 55,2% da população de células NK em indivíduos de ascendência africana, enquanto a proporção era apenas de 12,2% em europeus. Além disso, os doadores africanos exibiram proporções mais elevadas de monócitos CD16+ e subpopulações de linfócitos de memória, incluindo células B de memória, células T CD4+ efetoras e células T CD8+ efetoras de memória que reexpressam CD45RA.

No entanto, a força motriz por trás dessas mudanças nas frações celulares não foi atribuída a fatores genéticos, mas sim ligada à infecção latente pelo citomegalovírus (CMV). Os investigadores verificaram o serostatus do CMV (CMV+/-) das amostras e descobriram que indivíduos de ascendência africana eram predominantemente CMV+ (99%), em contraste com apenas 31% dos europeus. O status CMV+ foi correlacionado com uma maior proporção de células NK semelhantes a células de memória e células T CD8+ EMRA nos europeus.

Os padrões de expressão génica também exibiram variações entre populações, com 898 e 652 genes a apresentarem respostas diferenciais após a estimulação com SARS-CoV-2 e o vírus da gripe A (IAV), respetivamente. Por exemplo, tanto o GBP7, responsivo a IFN, como o gene que codifica a proteína inflamatória do macrófago MIP-3 CCL23 foram mais significativamente regulados em alta nos europeus. Notavelmente, o gene CCL23 exibiu uma regulação específica em células mieloides em resposta à estimulação com SARS-CoV-2.

A composição celular afeta as respostas transcripcionais a estímulos virais. (Aquino et al., 2023)

A Seleção Natural Exercita uma Influência Significativa nas Variações nas Respostas Imunológicas da População

Uma análise abrangente revelou a presença de 1.616 eQTLs (associados a 1.215 genes) e 180 reQTLs (relacionados a 166 genes) identificados utilizando estatísticas de ramificação populacional (PBS). Esta investigação teve como objetivo descobrir conexões entre (r)eQTLs e sinais adaptativos localizados em todo o genoma, com 90 casos a serem específicos para grupos ancestrais particulares.

Entre os genes associados a (r)eQTLs adaptativos, os investigadores identificaram jogadores-chave na imunidade antiviral mediada por interferão. Em populações africanas, genes como DHX58 e TRIM14 foram destacados, enquanto os europeus mostraram relevância em ISG20, IFIT5, BST2 e IFITM2-3. Os asiáticos orientais, por sua vez, mostraram relevância em IFI44L e IFITM2.

O estudo revelou sinais de adaptação rápida que visavam os mesmos (IFITM2, IFIT5) ou diferentes (ISG20, IFITM3, TRIM14) eQTLs dentro de genes altamente diferenciados. Isso sugere a presença de adaptações duplicadas em resposta à imunidade antiviral mediada por interferão. De particular interesse, 34% dos genes diferencialmente expressos determinados geneticamente nas populações africanas e europeias exibiram sinais de adaptação rápida dentro do contexto genético europeu.

Além disso, ao comparar estas descobertas com variantes antigas de Neandertais, os investigadores observaram que os haplótipos antigos tinham 1,4-1,5 vezes mais probabilidade de influenciar a expressão genética no estado ancestral europeu, tanto antes como depois da exposição ao SARS-CoV-2 ou à estimulação por IAV. Notavelmente, este enriquecimento foi mais pronunciado em monócitos CD16+ estimulados por SARS-CoV-2 de europeus, indicando uma preferência pela retenção de haplótipos antigos que modificam as respostas mieloides nos seus genomas. Esta observação sublinha a natureza adaptativa dos alelos regulatórios de Neandertal.

Efeitos da seleção natural na diferenciação populacional das respostas imunes. (Aquino et al., 2023)

Expressão Diferencial e Efeitos Específicos da População Potencialmente Impulsionados por Fatores Genéticos

Utilizando eQTLs, a nossa análise revelou a identificação de 9.150 loci eQTL associados a 5.198 genes distintos, dos quais 11% apresentaram padrões específicos de ancestralidade. Entre estes, 812 eQTLs exibiram especificidade de tipo celular, com 45% deles a serem predominantemente detetados em células mieloides. Além disso, identificámos 1.505 variantes de resposta a estímulos virais, conhecidas como reQTLs, ligadas a 1.213 genes. Notavelmente, as bases genéticas da resposta mieloide exibiram especificidade viral, com variações entre populações celulares.

A nossa investigação sobre genes diferencialmente expressos entre populações e genes com efeitos diferenciais demonstrou que 56% e 60% deles, respetivamente, estavam associados a pelo menos um eQTL. Isto sugere que os genes que exibem a variação mais significativa baseada na população em expressão diferencial e efeitos são provavelmente influenciados por controlo genético, frequentemente ligado a loci de efeito substancial. Isto destaca a presença de diferenças populacionais em subconjuntos específicos de genes. Por exemplo, entre africanos e europeus, encontramos que uma única variante com forte diferenciação populacional poderia explicar 81-100% da variação na expressão do GBP7.

Os eQTLs e reQTLs contribuem para o risco de COVID-19. (Aquino et al., 2023)

O artigo oferece insights valiosos sobre os fatores que influenciam as variações nas respostas imunes entre indivíduos e populações. Isso é alcançado através da utilização de dados de célula única de diversos antecedentes genéticos, iluminando os fatores ambientais, genéticos e evolutivos que impulsionam essas variações. Esta aplicação inovadora da metodologia de célula única aos domínios da genética populacional e da imunidade sublinha a sua profunda importância em capturar a totalidade da diversidade dentro destes domínios.

Referência:

1. Aquino, Yann, et al. "Dissecando a variação populacional humana nas respostas de células únicas ao SARS-CoV-2." Natureza (2023): 1-9.