Frontiers | Systems Immunology Analysis Reveals the Contribution of Pulmonary and Extrapulmonary Tissues to the Immunopathogenesis of Severe COVID-19 Patients : vimarsana.com

2Luebeck Institute of Experimental Dermatology, University of Luebeck, Luebeck, Germany
3General Surgery Department, Tawam Hospital, SEHA, Al Ain, United Arab Emirates
4Center for Biotechnology, Khalifa University of Science and Technology, Abu Dhabi, United Arab Emirates
5Department of Genetics and Molecular Biology, Khalifa University of Science and Technology, Abu Dhabi, United Arab Emirates
6Department of Respiratory Medicine, Rashid Hospital, Dubai Health Authority, Dubai, United Arab Emirates
7Meakins-Christie Laboratories, McGill University, Montreal, QC, Canada
8Division of Surgery and Interventional Science, University College London, London, United Kingdom
As one of the current global health conundrums, COVID-19 pandemic caused a dramatic increase of cases exceeding 79 million and 1.7 million deaths worldwide. Severe presentation of COVID-19 is characterized by cytokine storm and chronic inflammation resulting in multi-organ dysfunction. Currently, it is unclear whether extrapulmonary tissues contribute to the cytokine storm mediated-disease exacerbation. In this study, we applied systems immunology analysis to investigate the immunomodulatory effects of SARS-CoV-2 infection in lung, liver, kidney, and heart tissues and the potential contribution of these tissues to cytokines production. Notably, genes associated with neutrophil-mediated immune response (e.g. CXCL1) were particularly upregulated in lung, whereas genes associated with eosinophil-mediated immune response (e.g. CCL11) were particularly upregulated in heart tissue. In contrast, immune responses mediated by monocytes, dendritic cells, T-cells and B-cells were almost similarly dysregulated in all tissue types. Focused analysis of 14 cytokines classically upregulated in COVID-19 patients revealed that only some of these cytokines are dysregulated in lung tissue, whereas the other cytokines are upregulated in extrapulmonary tissues (e.g. IL6 and IL2RA). Investigations of potential mechanisms by which SARS-CoV-2 modulates the immune response and cytokine production revealed a marked dysregulation of NF-κB signaling particularly CBM complex and the NF-κB inhibitor BCL3. Moreover, overexpression of mucin family genes (e.g. MUC3A, MUC4, MUC5B, MUC16, and MUC17) and HSP90AB1 suggest that the exacerbated inflammation activated pulmonary and extrapulmonary tissues remodeling. In addition, we identified multiple sets of immune response associated genes upregulated in a tissue-specific manner (DCLRE1C, CHI3L1, and PARP14 in lung; APOA4, NFASC, WIPF3, and CD34 in liver; LILRA5, ISG20, S100A12, and HLX in kidney; and ASS1 and PTPN1 in heart). Altogether, these findings suggest that the cytokines storm triggered by SARS-CoV-2 infection is potentially the result of dysregulated cytokine production by inflamed pulmonary and extrapulmonary (e.g. liver, kidney, and heart) tissues.

Related Keywords

South Korea , Germany , Sharjah , Ash Shariqah , United Arab Emirates , Dubai , Dubayy , Abu Dhabi , Abuz Aby , Han , German , Gholamrezanezhada Extrapulmonary , Clin Chim Acta , Acta Haematologica , Cortijoj Mucins , Argininosuccinate Synthetase , Minghimr Interactivenn , Albrechtm Altanalyze , Fitzeg Hsp , Deutsche Forschungsgemeinschaft , Lysophosphatidylcholine Acyltransferase , J Physiol Endocrinol , Abu Dhabi Health , Research Ethics , Research Ethics Committee , Nuclear Receptors , German Research Foundation Under Germany Excellence Strategy , World Health Organization , Sharjah Research Academy Grant , University Of Sharjah , Their Association With Disease Outcomes In Severe , Dubai Scientific Research Ethics Committee , University Of Sharjah Grant , Nuclear Accumulation , Zhangb Biological Properties , World Health , Seq Datasets , Gene Expression Omnibus , Differentially Expressed , Silico Functional , Graphpad Prism , Ethics Committee , Transcription Kit , Applied Biosystems , Cytokine Storm Related Genes , Causes Shifts , Gene Expression , Pathway Analysis Reveals Enrichment , Genes Implicated , Interferon Gamma Production , Significantly Elicits Innate , Adaptive Immune Response , Immune Effectors Activation , Chemotaxis Pathway Genes , Potential Regulatory Mechanism , Different Arms , Uniquely Upregulated Immune Response Genes , Top Immune , Immune Response Putative Biomarkers , Whole Blood , Domain Containing , Heat Shock Protein , Family Classb Member , Sharjah Research Academy , German Research Foundation , Excellence Strategy , Supplementary Material , Med Abstract , Crossref Full Text , Clin Imaging , Data Analysis , Potential Risk , Different Human Organs Vulnerable , Front Med , Cholangiocyte Damage With Human Liver Ductal , Protein Cell , From Asymptomatic Patients , Potential Extrapulmonary Tissue , Cytokine Storm , Cytokine Growth Factor Rev , With Acute Respiratory Distress , Lancet Respir Med , Patients With Coronavirus Disease , Ann Internal Med , Liver Directly Contributes , Hepatic Impairment , Patients With , Nat Commun , Storm Induced , Chim Acta , Viral Sepsis , Risk Factors , Prognosis Evaluation , Retrospective Cohort , Lancet Haematology , Inflammatory Status , Their Association With Disease Outcomes , Longitudinal Cohort , Time Series Design , Multi Omics Analyses Identify Responses , Erythroid Cells , Detecting Differentially Expressed Genes , Visualizing Exon Expression , Nucleic Acids Res , False Discovery Rate Estimation , Set Enrichment Analysis , Knowledge Based Approach , Interpreting Genome Wide Expression , Proc Natl Acad Sci , Web Based Tool , Sets Through Venn , Biologist Oriented Resource , Allergy Clin Immunol , Neutrophil Recruitment , Sci Rep , Human Eotaxin , Specific Eosinophil Eotaxin Receptor , Biol Chem , Platelet Factor , Drives Human Monocyte , Chemokine Cleavage , Eurj Immunol , Kimd Y , Lymphoid Chemokine , Its Receptor , Malignant Diseases With Emphasis , Mediators Inflammation , Highly Active Form , Lymphotactin Functions , Effective Adjuvant , Recruit Cross Presenting Dendritic Cells , Front Immunol , Chemokine Ligand , Its Cognate Receptor , Mucosalt Cell Immunology , Inflammatory Bowel Disease , Odd Couple , Chemokine Receptor , Dendritic Cells Into , Lymph Node Parenchyma , Allergic Immune , Induced Migration , Activatedt Lymphocytes , Leukoc Biol , Induce Type , From Human , Immune Activation Profiles , Human Lungs , Infect Dis , Interferon Expression , Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus , Clinical Trials , Treat Early Coronavirus Disease , Induced Hyperinflammation Magnify , Coronavirus Disease , Acute Respiratory Distress , Nat Rev Immunol , Novel Caspase Recruitment Domain Protein , Essential Component , Shock Proteins , Major Regulator , Regulatory Role , Inflammatory Lipids , Dela Cruz , Leec M , Tissue Responses Via , Biochem Biophys Res Commun , Monokine Activated Natural Killer , Activate Human Monocytes Via Toll Like Receptor , Nguyenx N , Interferon Stimulated Gene , Plos Pathog , Funct Genomics , Maturation Factor Gamma Regulates , Arginine Deiminase Treatment , Cell Death Dis , Mediated Dephosphorylation , Proteasomal Degradation , Attenuates Innate Antiviral , Protein Tyrosine Phosphatase , Macrophage Response , Liuw C , Host Response , Zhangj Y , Nat Rev Cardiol , Responses During , Yangc X , Wangx C , Yangx P , Exhaustion Levels , Reduced Functional Diversity , Peripheral Blood May Predict Severe Progression , Cell Mol Immunol , Key Role , Leej Y , Pro Inflammatory Cytokine Response Through , Rapidly Expanding Spectrum , Human Inborn Errors , Immunity Caused , Idiopathic Pulmonary , New Frontier , Augments Cell Migration , Metastasis Through , Triple Negative Breast Cancer , Shock Protein , Attenuates Renal Fibrosis Through Degradation , Transforming Growth , Lab Invest , Promote Epithelial , Mesenchymal Transition Via Activating , Catenin Signaling Pathways , Gastric Cancer , Thromboembolism Complicated With , தெற்கு கொரியா , ஜெர்மனி , ஷார்ஜா , ஒன்றுபட்டது அரபு அமீரகங்கள் , துபாய் , தபி , ஹான் , ஜெர்மன் , கிளினிக் சிம் ஆக்டா , ஆராய்ச்சி நெறிமுறைகள் , ஆராய்ச்சி நெறிமுறைகள் குழு , ஜெர்மன் ஆராய்ச்சி அடித்தளம் கீழ் ஜெர்மனி சிறப்பானது மூலோபாயம் , உலகம் ஆரோக்கியம் ஆர்கநைஸேஶந் , பல்கலைக்கழகம் ஆஃப் ஷார்ஜா , துபாய் அறிவியல் ஆராய்ச்சி நெறிமுறைகள் குழு , அணு திரட்டுதல் , உலகம் ஆரோக்கியம் , கீந் வெளிப்பாடு சர்வபுலம் , நெறிமுறைகள் குழு , படியெடுத்தல் கிட் , பயன்படுத்தப்பட்டது உயிர் அமைப்புகள் , கீந் வெளிப்பாடு , மாற்றி அமைக்கத்தக்க நோய் எதிர்ப்பு சக்தி பதில் , வெவ்வேறு ஆயுதங்கள் , முழு இரத்தம் , வெப்பம் அதிர்ச்சி ப்ரோடீந் , ஷார்ஜா ஆராய்ச்சி கலைக்கழகம் , ஜெர்மன் ஆராய்ச்சி அடித்தளம் , சிறப்பானது மூலோபாயம் , துணை பொருள் , மேட் , கிளினிக் இமேஜிங் , தகவல்கள் பகுப்பாய்வு , பொடெந்ஶியல் ஆபத்து , முன் மேட் , ப்ரோடீந் செல் , ஆண்டு உள் மேட் , நோயாளிகள் உடன் , சிம் ஆக்டா , ஆபத்து காரணிகள் , சுயபரிசோதனை கூட்டுறவு , நீளமான கூட்டுறவு , அமை செறிவூட்டல் பகுப்பாய்வு , அறிவு அடிப்படையிலானது அணுகுமுறை , ப்ராக் நட்டில் அறிவியல் , வலை அடிப்படையிலானது கருவி , அறிவியல் பிரதிநிதி , பயோல் செம் , பிளேட்லெட் காரணி , அழற்சி குடல் நோய் , ஒற்றைப்படை ஜோடி , இருந்து மனிதன் , மனிதன் நுரையீரல் , தொற்று திஸ் , மருத்துவ சோதனைகள் , எடுப்போசை சுவாச துன்பம் , அவசியம் கூறு , அதிர்ச்சி ப்ரோடீந்ஸ் , ஒழுங்குமுறை பங்கு , டெலா குரூஸ் , செல் இறப்பு திஸ் , தொகுப்பாளர் பதில் , விசை பங்கு , புதியது எல்லை , மூன்று எதிர்மறை மார்பக புற்றுநோய் , அதிர்ச்சி ப்ரோடீந் , மாற்றும் வளர்ச்சி , இரைப்பை புற்றுநோய் ,