Bases génétiques et évolutives de la variabilité interpopulationnelle de la réponse immunitaire au SARS-CoV-2

Dissecting human population variation in single-cell responses to SARS-CoV-2

• Auteur / Autrice : Yann Aquino
• Direction : Lluis Quintana-Murci, Maxime Rotival
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Bioinformatique et biologie des systèmes
• Date : Soutenance le 15/12/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pasteur (Paris). Génétique évolutive humaine
• Jury : Président / Présidente : Gilles Fischer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sarah Kim-Hellmuth, Laure Ségurel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Monique Van der Wijst, Luis Barbosa Fernandes Barreiro

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réponse immunitaire

Immunologie

Analyse en cellule unique

SARS-CoV-2 (virus)

Génétique des populations humaines

Mots clés libres

Cellule-unique

Immunologie des systèmes

Génétique des populations

Single-Cell

Systems immunology

Population genetics

Résumé

Tous les humains ne sont pas égaux face au SARS-CoV-2. Les bases génétiques et immunologiques de ces différences inter-individuelles commencent à être déchiffrées, mais les prédicteurs de différences immunitaires face au SARS-CoV-2 entre populations restent méconnus. Dans ce contexte, nous rapportons des données de séquençage d'ARN en résolution cellule unique sur des cellules mononucléaires du sang périphérique provenant de 222 donneurs sains de diverses origines, qui ont été stimulées par le SARS-CoV-2 ou le virus de la grippe. Nous montrons que le SARS-CoV-2 induit une activité moins forte, mais plus hétérogène, des gènes stimulés par l'interféron par rapport au virus de la grippe, ainsi qu'une signature pro-inflammatoire unique dans les cellules myéloïdes. Les réponses transcriptionnelles aux virus présentent des différences marquées entre populations, principalement dues à des changements dans la composition cellulaire, y compris une différenciation lymphoïde accrue associée à une infection latente par le cytomégalovirus. Les loci associés à des traits quantitatifs d’expression (eQTLs), ainsi que les analyses de médiation, révèlent un large effet de la composition cellulaire sur les disparités de réponses immunitaires entre populations, avec des variants génétiques exerçant un fort effet sur des loci spécifiques. De plus, nous montrons que la sélection naturelle a accru les différences de réponse immunitaire entre populations, en particulier pour les variants associés à la réponse au SARSCoV-2 chez les populations d’Asie de l’Est, et nous montrons les mécanismes cellulaires et moléculaires par lesquels l'introgression néandertalienne a modifié les fonctions immunitaires, telles que la réponse des cellules myéloïdes aux virus. Enfin, les analyses de colocalisation et d'association transcriptomique à l'échelle du génome révèlent un chevauchement entre la base génétique des réponses immunitaires au SARS-CoV-2 et la gravité de la COVID-19, fournissant des informations sur les facteurs contribuant aux disparités actuelles dans le risque de COVID-19.

Humans display substantial interindividual clinical variability after SARS-CoV-2 infection, the genetic and immunological basis of which has begun to be deciphered. However, the extent and drivers of population differences in immune responses to SARS-CoV-2 remain unclear. Here we report single-cell RNA-sequencing data for peripheral blood mononuclear cells—from 222 healthy donors of diverse ancestries—that were stimulated with SARS-CoV-2 or influenza A virus. We show that SARS-CoV-2 induces weaker, but more heterogeneous, interferon-stimulated gene activity compared with influenza A virus, and a unique pro-inflammatory signature in myeloid cells. Transcriptional responses to viruses display marked population differences, primarily driven by changes in cell abundance including increased lymphoid differentiation associated with latent cytomegalovirus infection. Expression quantitative trait loci and mediation analyses reveal a broad effect of cell composition on population disparities in immune responses, with genetic variants exerting a strong effect on specific loci. Furthermore, we show that natural selection has increased population differences in immune responses, particularly for variants associated with SARS-CoV-2 response in East Asians, and document the cellular and molecular mechanisms by which Neanderthal introgression has altered immune functions, such as the response of myeloid cells to viruses. Finally, colocalization and transcriptome-wide association analyses reveal an overlap between the genetic basis of immune responses to SARS-CoV-2 and COVID-19 severity, providing insights into the factors contributing to current disparities in COVID-19 risk.