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Identification of driver genes for critical forms of COVID-19 in a deeply phenotyped young patient cohort.
Carapito, Raphael; Li, Richard; Helms, Julie; Carapito, Christine; Gujja, Sharvari; Rolli, Véronique; Guimaraes, Raony; Malagon-Lopez, Jose; Spinnhirny, Perrine; Lederle, Alexandre; Mohseninia, Razieh; Hirschler, Aurélie; Muller, Leslie; Bastard, Paul; Gervais, Adrian; Zhang, Qian; Danion, François; Ruch, Yvon; Schenck, Maleka; Collange, Olivier; Chamaraux-Tran, Thiên-Nga; Molitor, Anne; Pichot, Angélique; Bernard, Alice; Tahar, Ouria; Bibi-Triki, Sabrina; Wu, Haiguo; Paul, Nicodème; Mayeur, Sylvain; Larnicol, Annabel; Laumond, Géraldine; Frappier, Julia; Schmidt, Sylvie; Hanauer, Antoine; Macquin, Cécile; Stemmelen, Tristan; Simons, Michael; Mariette, Xavier; Hermine, Olivier; Fafi-Kremer, Samira; Goichot, Bernard; Drenou, Bernard; Kuteifan, Khaldoun; Pottecher, Julien; Mertes, Paul-Michel; Kailasan, Shweta; Aman, M Javad; Pin, Elisa; Nilsson, Peter; Thomas, Anne.
  • Carapito R; Laboratoire d'ImmunoRhumatologie Moléculaire, plateforme GENOMAX, INSERM (Institut de la Santé et de la Recherche Médicale) UMR_S 1109, Faculté de Médecine, Institut Thématique Interdisciplinaire (ITI) de Médecine de Précision de Strasbourg, Transplantex NG, Université de Strasbourg, 67085 Strasbour
  • Li R; Service d'Immunologie Biologique, Plateau Technique de Biologie, Pôle de Biologie, Nouvel Hôpital Civil, 67091 Strasbourg, France.
  • Helms J; Fédération Hospitalo-Universitaire (FHU) OMICARE, Fédération de Médecine Translationnelle de Strasbourg (FMTS), Centre de Recherche d'Immunologie et d'Hématologie, 67085, Strasbourg, France.
  • Carapito C; Genuity AI Research Institute, Genuity Science, Boston, MA 02114, USA.
  • Gujja S; Laboratoire d'ImmunoRhumatologie Moléculaire, plateforme GENOMAX, INSERM (Institut de la Santé et de la Recherche Médicale) UMR_S 1109, Faculté de Médecine, Institut Thématique Interdisciplinaire (ITI) de Médecine de Précision de Strasbourg, Transplantex NG, Université de Strasbourg, 67085 Strasbour
  • Rolli V; Fédération Hospitalo-Universitaire (FHU) OMICARE, Fédération de Médecine Translationnelle de Strasbourg (FMTS), Centre de Recherche d'Immunologie et d'Hématologie, 67085, Strasbourg, France.
  • Guimaraes R; Service de Médecine Intensive-Réanimation, Nouvel Hôpital Civil, Hôpitaux Universitaires de Strasbourg, 67091 Strasbourg, France.
  • Malagon-Lopez J; Fédération Hospitalo-Universitaire (FHU) OMICARE, Fédération de Médecine Translationnelle de Strasbourg (FMTS), Centre de Recherche d'Immunologie et d'Hématologie, 67085, Strasbourg, France.
  • Spinnhirny P; Laboratoire de Spectrométrie de Masse BioOrganique, Université de Strasbourg, CNRS, IPHC, UMR 7178, 67000 Strasbourg, France.
  • Lederle A; Genuity AI Research Institute, Genuity Science, Boston, MA 02114, USA.
  • Mohseninia R; Laboratoire d'ImmunoRhumatologie Moléculaire, plateforme GENOMAX, INSERM (Institut de la Santé et de la Recherche Médicale) UMR_S 1109, Faculté de Médecine, Institut Thématique Interdisciplinaire (ITI) de Médecine de Précision de Strasbourg, Transplantex NG, Université de Strasbourg, 67085 Strasbour
  • Hirschler A; Service d'Immunologie Biologique, Plateau Technique de Biologie, Pôle de Biologie, Nouvel Hôpital Civil, 67091 Strasbourg, France.
  • Muller L; Fédération Hospitalo-Universitaire (FHU) OMICARE, Fédération de Médecine Translationnelle de Strasbourg (FMTS), Centre de Recherche d'Immunologie et d'Hématologie, 67085, Strasbourg, France.
  • Bastard P; Genuity AI Research Institute, Genuity Science, Boston, MA 02114, USA.
  • Gervais A; Genuity AI Research Institute, Genuity Science, Boston, MA 02114, USA.
  • Zhang Q; Laboratoire d'ImmunoRhumatologie Moléculaire, plateforme GENOMAX, INSERM (Institut de la Santé et de la Recherche Médicale) UMR_S 1109, Faculté de Médecine, Institut Thématique Interdisciplinaire (ITI) de Médecine de Précision de Strasbourg, Transplantex NG, Université de Strasbourg, 67085 Strasbour
  • Danion F; Fédération Hospitalo-Universitaire (FHU) OMICARE, Fédération de Médecine Translationnelle de Strasbourg (FMTS), Centre de Recherche d'Immunologie et d'Hématologie, 67085, Strasbourg, France.
  • Ruch Y; Laboratoire d'ImmunoRhumatologie Moléculaire, plateforme GENOMAX, INSERM (Institut de la Santé et de la Recherche Médicale) UMR_S 1109, Faculté de Médecine, Institut Thématique Interdisciplinaire (ITI) de Médecine de Précision de Strasbourg, Transplantex NG, Université de Strasbourg, 67085 Strasbour
  • Schenck M; Fédération Hospitalo-Universitaire (FHU) OMICARE, Fédération de Médecine Translationnelle de Strasbourg (FMTS), Centre de Recherche d'Immunologie et d'Hématologie, 67085, Strasbourg, France.
  • Collange O; Center for Quantum Information Science and Technology, University of Southern California, Los Angeles, CA 90089, USA.
  • Chamaraux-Tran TN; Fédération Hospitalo-Universitaire (FHU) OMICARE, Fédération de Médecine Translationnelle de Strasbourg (FMTS), Centre de Recherche d'Immunologie et d'Hématologie, 67085, Strasbourg, France.
  • Molitor A; Laboratoire de Spectrométrie de Masse BioOrganique, Université de Strasbourg, CNRS, IPHC, UMR 7178, 67000 Strasbourg, France.
  • Pichot A; Fédération Hospitalo-Universitaire (FHU) OMICARE, Fédération de Médecine Translationnelle de Strasbourg (FMTS), Centre de Recherche d'Immunologie et d'Hématologie, 67085, Strasbourg, France.
  • Bernard A; Laboratoire de Spectrométrie de Masse BioOrganique, Université de Strasbourg, CNRS, IPHC, UMR 7178, 67000 Strasbourg, France.
  • Tahar O; St. Giles Laboratory of Human Genetics of Infectious Diseases, Rockefeller Branch, Rockefeller University, New York, NY 10065, USA.
  • Bibi-Triki S; Laboratory of Human Genetics of Infectious Diseases, Necker Branch, INSERM, Necker Hospital for Sick Children, 75015 Paris, France.
  • Wu H; University of Paris, Imagine Institute, 75015 Paris, France.
  • Paul N; Laboratory of Human Genetics of Infectious Diseases, Necker Branch, INSERM, Necker Hospital for Sick Children, 75015 Paris, France.
  • Mayeur S; University of Paris, Imagine Institute, 75015 Paris, France.
  • Larnicol A; St. Giles Laboratory of Human Genetics of Infectious Diseases, Rockefeller Branch, Rockefeller University, New York, NY 10065, USA.
  • Laumond G; Laboratory of Human Genetics of Infectious Diseases, Necker Branch, INSERM, Necker Hospital for Sick Children, 75015 Paris, France.
  • Frappier J; University of Paris, Imagine Institute, 75015 Paris, France.
  • Schmidt S; Laboratoire d'ImmunoRhumatologie Moléculaire, plateforme GENOMAX, INSERM (Institut de la Santé et de la Recherche Médicale) UMR_S 1109, Faculté de Médecine, Institut Thématique Interdisciplinaire (ITI) de Médecine de Précision de Strasbourg, Transplantex NG, Université de Strasbourg, 67085 Strasbour
  • Hanauer A; Fédération Hospitalo-Universitaire (FHU) OMICARE, Fédération de Médecine Translationnelle de Strasbourg (FMTS), Centre de Recherche d'Immunologie et d'Hématologie, 67085, Strasbourg, France.
  • Macquin C; Department of Infectious and Tropical Diseases, Hôpitaux Universitaires de Strasbourg, 67091 Strasbourg, France.
  • Stemmelen T; Fédération Hospitalo-Universitaire (FHU) OMICARE, Fédération de Médecine Translationnelle de Strasbourg (FMTS), Centre de Recherche d'Immunologie et d'Hématologie, 67085, Strasbourg, France.
  • Simons M; Department of Infectious and Tropical Diseases, Hôpitaux Universitaires de Strasbourg, 67091 Strasbourg, France.
  • Mariette X; Fédération Hospitalo-Universitaire (FHU) OMICARE, Fédération de Médecine Translationnelle de Strasbourg (FMTS), Centre de Recherche d'Immunologie et d'Hématologie, 67085, Strasbourg, France.
  • Hermine O; Service de Médecine Intensive-Réanimation, Hôpital de Hautepierre, Hôpitaux Universitaires de Strasbourg, Avenue Molière, 67200 Strasbourg, France.
  • Fafi-Kremer S; Fédération Hospitalo-Universitaire (FHU) OMICARE, Fédération de Médecine Translationnelle de Strasbourg (FMTS), Centre de Recherche d'Immunologie et d'Hématologie, 67085, Strasbourg, France.
  • Goichot B; Service d'Anesthésie-Réanimation et Médecine Péri-Opératoire, Nouvel Hôpital Civil, Hôpitaux Universitaires de Strasbourg, 67000 Strasbourg, France.
  • Drenou B; Fédération Hospitalo-Universitaire (FHU) OMICARE, Fédération de Médecine Translationnelle de Strasbourg (FMTS), Centre de Recherche d'Immunologie et d'Hématologie, 67085, Strasbourg, France.
  • Kuteifan K; Service d'Anesthésie-Réanimation et Médecine Péri-Opératoire, Hôpital de Hautepierre, Hôpitaux Universitaires de Strasbourg; 67200 Strasbourg Cedex, France.
  • Pottecher J; Laboratoire d'ImmunoRhumatologie Moléculaire, plateforme GENOMAX, INSERM (Institut de la Santé et de la Recherche Médicale) UMR_S 1109, Faculté de Médecine, Institut Thématique Interdisciplinaire (ITI) de Médecine de Précision de Strasbourg, Transplantex NG, Université de Strasbourg, 67085 Strasbour
  • Mertes PM; Fédération Hospitalo-Universitaire (FHU) OMICARE, Fédération de Médecine Translationnelle de Strasbourg (FMTS), Centre de Recherche d'Immunologie et d'Hématologie, 67085, Strasbourg, France.
  • Kailasan S; Laboratoire d'ImmunoRhumatologie Moléculaire, plateforme GENOMAX, INSERM (Institut de la Santé et de la Recherche Médicale) UMR_S 1109, Faculté de Médecine, Institut Thématique Interdisciplinaire (ITI) de Médecine de Précision de Strasbourg, Transplantex NG, Université de Strasbourg, 67085 Strasbour
  • Aman MJ; Fédération Hospitalo-Universitaire (FHU) OMICARE, Fédération de Médecine Translationnelle de Strasbourg (FMTS), Centre de Recherche d'Immunologie et d'Hématologie, 67085, Strasbourg, France.
  • Pin E; Laboratoire d'ImmunoRhumatologie Moléculaire, plateforme GENOMAX, INSERM (Institut de la Santé et de la Recherche Médicale) UMR_S 1109, Faculté de Médecine, Institut Thématique Interdisciplinaire (ITI) de Médecine de Précision de Strasbourg, Transplantex NG, Université de Strasbourg, 67085 Strasbour
  • Nilsson P; Fédération Hospitalo-Universitaire (FHU) OMICARE, Fédération de Médecine Translationnelle de Strasbourg (FMTS), Centre de Recherche d'Immunologie et d'Hématologie, 67085, Strasbourg, France.
  • Thomas A; Service d'Immunologie Biologique, Plateau Technique de Biologie, Pôle de Biologie, Nouvel Hôpital Civil, 67091 Strasbourg, France.
Sci Transl Med ; 14(628): eabj7521, 2022 Jan 19.
Article in English | MEDLINE | ID: covidwho-1483988
ABSTRACT
The drivers of critical coronavirus disease 2019 (COVID-19) remain unknown. Given major confounding factors such as age and comorbidities, true mediators of this condition have remained elusive. We used a multi-omics analysis combined with artificial intelligence in a young patient cohort where major comorbidities were excluded at the onset. The cohort included 47 "critical" (in the intensive care unit under mechanical ventilation) and 25 "non-critical" (in a non-critical care ward) patients with COVID-19 and 22 healthy individuals. The analyses included whole-genome sequencing, whole-blood RNA sequencing, plasma and blood mononuclear cell proteomics, cytokine profiling, and high-throughput immunophenotyping. An ensemble of machine learning, deep learning, quantum annealing, and structural causal modeling were used. Patients with critical COVID-19 were characterized by exacerbated inflammation, perturbed lymphoid and myeloid compartments, increased coagulation, and viral cell biology. Among differentially expressed genes, we observed up-regulation of the metalloprotease ADAM9. This gene signature was validated in a second independent cohort of 81 critical and 73 recovered patients with COVID-19 and was further confirmed at the transcriptional and protein level and by proteolytic activity. Ex vivo ADAM9 inhibition decreased severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) uptake and replication in human lung epithelial cells. In conclusion, within a young, otherwise healthy, cohort of individuals with COVID-19, we provide the landscape of biological perturbations in vivo where a unique gene signature differentiated critical from non-critical patients. We further identified ADAM9 as a driver of disease severity and a candidate therapeutic target.
Subject(s)

Full text: Available Collection: International databases Database: MEDLINE Main subject: COVID-19 Type of study: Cohort study / Observational study / Prognostic study Limits: Humans Language: English Journal: Sci Transl Med Journal subject: Science / Medicine Year: 2022 Document Type: Article

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Full text: Available Collection: International databases Database: MEDLINE Main subject: COVID-19 Type of study: Cohort study / Observational study / Prognostic study Limits: Humans Language: English Journal: Sci Transl Med Journal subject: Science / Medicine Year: 2022 Document Type: Article