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Genome-wide transcriptional profiling of pulmonary functional sequelae in ARDS- secondary to SARS-CoV-2 infection - 10/09/22

Doi : 10.1016/j.biopha.2022.113617 
María C. García-Hidalgo a, b, 1, Rafael Peláez c, 1, Jessica González a, b, Sally Santisteve a, Iván D. Benítez a, b, Marta Molinero a, b, Manel Perez-Pons a, b, Thalía Belmonte a, b, Gerard Torres a, b, Anna Moncusí-Moix a, b, Clara Gort-Paniello a, b, Maria Aguilà a, Faty Seck a, b, Paola Carmona a, Jesús Caballero d, Carme Barberà e, Adrián Ceccato b, f, Laia Fernández-Barat b, g, Ricard Ferrer b, h, Dario Garcia-Gasulla i, Jose Ángel Lorente-Balanza b, j, Rosario Menéndez b, k, Ana Motos b, g, Oscar Peñuelas b, j, Jordi Riera b, h, Jesús F. Bermejo-Martin b, l, Antoni Torres b, m, Ferran Barbé a, b, David de Gonzalo-Calvo a, b, , 1 , Ignacio M. Larráyoz c, n, , 1
a Translational Research in Respiratory Medicine, University Hospital Arnau de Vilanova and Santa Maria, IRBLleida, Lleida, Spain 
b CIBER of Respiratory Diseases (CIBERES), Institute of Health Carlos III, Madrid, Spain 
c Biomarkers and Molecular Signaling Group, Neurodegenerative Diseases Area Center for Biomedical Research of La Rioja, CIBIR, Logroño, Spain 
d Grup de Recerca Medicina Intensiva, Intensive Care Department Hospital Universitari Arnau de Vilanova, Lleida, Spain 
e Intensive Care Department, University Hospital Santa María, IRBLleida, Lleida, Spain 
f Hospital Universitari Sagrat Cor, Barcelona, Spain 
g Servei de Pneumologia, Hospital Clinic; Universitat de Barcelona; IDIBAPS, Barcelona, Spain 
h Intensive Care Department, Vall d’Hebron Hospital Universitari. SODIR Research Group, Vall d’Hebron Institut de Recerca (VHIR), Spain 
i Barcelona Supercomputing Center (BSC), Barcelona, Spain 
j Hospital Universitario de Getafe, Madrid, Spain 
k Pulmonology Service, University and Polytechnic Hospital La Fe, Valencia, Spain 
l Hospital Universitario Río Hortega de Valladolid, Valladolid, Spain; Instituto de Investigación Biomédica de Salamanca (IBSAL), Salamanca, Spain 
m Pneumology Department, Clinic Institute of Thorax (ICT), Hospital Clinic of Barcelona, Insitut d'Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS), ICREA, University of Barcelona (UB), Barcelona, Spain 
n GRUPAC, Department of Nursing, University of La Rioja, Logroño, Spain 

Correspondence to: Translational Research in Respiratory Medicine, University Hospital Arnau de Vilanova and Santa Maria, IRBLleida, Avda. Alcalde Rovira Roure 80, Lleida 25198, Spain.Translational Research in Respiratory Medicine, University Hospital Arnau de Vilanova and Santa Maria, IRBLleidaAvda. Alcalde Rovira Roure 80Lleida25198Spain⁎⁎Correspondence to: Biomarkers and Molecular Signaling Group, Neurodegenerative Diseases Area, Center for Biomedical Research of La Rioja, CIBIR. C. Piqueras, 98, Logroño 26006, Spain.Biomarkers and Molecular Signaling Group, Neurodegenerative Diseases Area, Center for Biomedical Research of La RiojaCIBIR. C. Piqueras, 98Logroño26006Spain

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Abstract

Background

Up to 80% of patients surviving acute respiratory distress syndrome (ARDS) secondary to SARS-CoV-2 infection present persistent anomalies in pulmonary function after hospital discharge. There is a limited understanding of the mechanistic pathways linked to post-acute pulmonary sequelae.

Aim

To identify the molecular underpinnings associated with severe lung diffusion involvement in survivors of SARS-CoV-2-induced ARDS.

Methods

Survivors attended to a complete pulmonary evaluation 3 months after hospital discharge. RNA sequencing (RNA-seq) was performed using Illumina technology in whole-blood samples from 50 patients with moderate to severe diffusion impairment (DLCO<60%) and age- and sex-matched individuals with mild-normal lung function (DLCO≥60%). A transcriptomic signature for optimal classification was constructed using random forest. Transcriptomic data were analyzed for biological pathway enrichment, cellular deconvolution, cell/tissue-specific gene expression and candidate drugs.

Results

RNA-seq identified 1357 differentially expressed transcripts. A model composed of 14 mRNAs allowed the optimal discrimination of survivors with severe diffusion impairment (AUC=0.979). Hallmarks of lung sequelae involved cell death signaling, cytoskeleton reorganization, cell growth and differentiation and the immune response. Resting natural killer (NK) cells were the most important immune cell subtype for the prediction of severe diffusion impairment. Components of the signature correlated with neutrophil, lymphocyte and monocyte counts. A variable expression profile of the transcripts was observed in lung cell subtypes and bodily tissues. One upregulated gene, TUBB4A, constitutes a target for FDA-approved drugs.

Conclusions

This work defines the transcriptional programme associated with post-acute pulmonary sequelae and provides novel insights for targeted interventions and biomarker development.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Graphical Abstract




ga1

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Highlights

A distinct transcriptional program is associated with severe diffusion impairment.
Cell death and cytoskeletal architecture are implicated in pulmonary dysfunction.
TUBB4A emerges as a potential target to treat the respiratory functional sequelae.
A transcriptomic signature accurately identifies survivors with severe alterations.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abbreviation : ARDS, bp, AUC, DLCO, GTEx, ICU, IMV, NK, PCA, RNase, RNA-seq, ROC

Keywords : Acute respiratory distress syndrome, Apoptosis, Diffusion impairment, Post-COVID, RNA-seq


Plan


 on behalf of the CIBERESUCICOVID Project (COV20/00110, ISCIII).


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