Dans un récent bioRxiv * L'article, des scientifiques de l'Institut Pasteur et d'autres centres de recherche en France ont démontré comment les effets pathologiques du coronavirus du syndrome respiratoire aigu sévère 2 (SRAS-CoV-2) sont modulés par des protéines cellulaires qui peuvent soit inhiber soit faciliter la fusion cellulaire et la formation ultérieure de syncytia.
Des cas graves de coronavirus (COVID-19), causés par le SRAS-CoV-2, ont récemment été liés à des lésions pulmonaires considérables et à la présence de pneumocytes syncytiaux multinucléés infectés. En résumé, le syncytium est une grande structure semblable à une cellule qui apparaît lorsque de nombreuses cellules fusionnent.
Sommaire
Entrée de cellule provoquant la fusion cellulaire
L'entrée des cellules du SRAS-CoV-2 est provoquée par des interactions entre la glycoprotéine de pointe et son récepteur, l'enzyme de conversion de l'angiotensine 2 (ACE2). Ceci est suivi par le clivage de la glycoprotéine de pointe et l'amorçage par la protéase cellulaire TMPRSS2 (ou d'autres protéases).
Néanmoins, les protéines transmembranaires induites par l'interféron (IFITM1, IFITM2 et IFITM3) arrêtent de nombreux virus au niveau d'entrée en inhibant efficacement la fusion virus-cellule au stade de la formation des pores.
Parallèlement à la fusion médiée par les virions infectieux, les protéines de pointe à la membrane plasmique peuvent déclencher la formation de syncytia dépendante du récepteur. Ces syncyties ont déjà été observées dans des infections à SARS-CoV-1, MERS-CoV ou SARS-CoV-2, mais elles n'ont pas été caractérisées de manière adéquate.
De plus, les mécanismes viraux et cellulaires responsables de la régulation de la formation de ces syncytia ne sont pas bien compris. Une hypothèse est qu'ils proviennent d'une infection directe des cellules cibles ou de la fusion indirecte à médiation immunitaire des cellules myéloïdes.
Un groupe de recherche de l'Institut Pasteur et du CNRS-UMR3569 à Paris, ainsi que de l'Institut de recherche sur les vaccins de Créteil (France), a décidé de faire la lumière sur cet important problème en définissant les mécanismes de cellule à cellule induits par le SRAS-CoV-2 fusion et élucider comment exactement IFITMs et TMPRSS2 impactent la formation de syncytia.
Le SRAS-CoV-2 a induit la formation de syncytia. A. GFP-Split U2OS-ACE2 ont été co-cultivés à un rapport 1: 1 et infectés par SARS-CoV-2. La formation de syncytia et la mort cellulaire ont été surveillées par microscopie vidéo ou au point final en utilisant la microscopie confocale et l'imagerie à haut contenu. B. Images fixes de GFP (syncytia) et d'iodure de propidium (PI) (mort cellulaire) à différents moments. Barre d'échelle: 100 μm. C. Quantification de la fusion U2OS-ACE2 et de la mort par microscopie time-lapse. Les résultats sont la moyenne ± sd de 3 champs par condition. D. Coloration S des cellules U2OS-ACE2 infectées analysées par immunofluorescence. Le colorant Hoechst colore les noyaux. Barre d'échelle: 40 μm. E. Coloration de surface S des cellules U2OS-ACE2 infectées analysées par cytométrie en flux. Les résultats sont représentatifs d'au moins trois expériences indépendantes.
Infecter des lignées cellulaires, exprimer des protéines
Les chercheurs ont d'abord évalué si les cellules infectées par le SRAS-CoV-2 pouvaient réellement former des syncytia. Cela a été fait en utilisant des cellules d'ostéosarcome osseux U2OS exprimant un récepteur ACE2 stable. Cette lignée cellulaire a été sélectionnée en raison de sa forme plate, qui à son tour facilite l'imagerie.
« Nous avons ensuite demandé si TMPRSS2 et IFITM1, IFITM2 et IFITM3 avaient un impact sur la formation de syncytia », expliquent plus en détail leur approche de recherche. « Nous avons généré des cellules S-Fuse produisant de manière stable chacune des quatre protéines », ajoutent-ils.
Leur expression a ensuite été vérifiée soit par cytométrie en flux, soit par Western blot. La combinaison de ces deux méthodes représente une approche optimale car le Western blot montre une capacité limitée pour l'analyse quantitative multiparamétrique.
Enfin, les chercheurs ont évalué si d'autres types de cellules forment également des syncyties lors d'une infection par le SRAS-CoV-2. Les mécanismes de fusion et sa régulation par les IFITM et TMPRSS2 ont été caractérisés en profondeur.
Syncytia produite par les cellules infectées par le SRAS-CoV-2
« Ici, nous montrons que les cellules infectées par le SRAS-CoV-2 expriment la protéine de pointe virale à leur surface et fusionnent avec les cellules voisines ACE2-positives », expliquent les auteurs de l'étude. « L'expression de la protéine de pointe sans aucune autre protéine virale déclenche la formation de syncytia », ajoutent-ils.
Mais bien que certaines cellules infectées par le SRAS-CoV-2 forment de grandes structures syncytiales, cela n'a pas été observé dans toutes les cultures cellulaires. Par conséquent, on peut conclure que la formation de syncytia représente un processus dépendant du type de cellule probablement dépendant d'un ensemble différent de paramètres.
Les chercheurs ont en outre démontré que TMPRSS2 peut accélérer considérablement la fusion de cellule à cellule médiée par le SRAS-CoV-2. Une telle activité fusogène est également observée dans d'autres coronavirus (c'est-à-dire SARS-CoV-1, HCoV-229E et MERS-CoV).
D'un autre côté, il est démontré que les IFITM inhibent la fusion médiée par S, IFITM1 étant beaucoup plus actif que IFITM2 et IFITM3. Plus précisément, les protéines IFITM modifient la rigidité des membranes cellulaires pour arrêter le processus de fusion.
Un événement fréquent – mais qu'est-ce que cela signifie?
« Il vaudra la peine de déterminer quels changements structurels sont déclenchés par TMPRSS2 sur la protéine virale et son récepteur, et comment ces changements peuvent affecter les affinités relatives des deux protéines et la dynamique du processus de fusion », soulignent les auteurs de l'étude.
Et en effet, la façon dont TMPRSS2 contrecarre l'activité inhibitrice des IFITM sur la formation de syncytia médiée par le SRAS-CoV-2 soulève des questions intrigantes. Cependant, cette observation n'est pas sans précédent, puisque deux autres coronavirus (HCoV-229E humain et un de chauves-souris) utilisent également des voies protéolytiques afin de rompre avec la restriction IFITM.
Dans tous les cas, l'analyse de 41 échantillons de patients décédés de COVID-19 a révélé la présence de dommages alvéolaires étendus et de grandes cellules pulmonaires multinucléées exprimant de l'ARN viral et des protéines chez essentiellement la moitié de ces individus.
Par conséquent, la syncytie peut être considérée comme une occurrence fréquente de COVID-19 sévère. Maintenant, la recherche doit évaluer si elle est également générée dans les cas bénins, et y a-t-il des polymorphismes dans les IFITM très caractéristiques uniquement pour les cas critiques (car quelque chose de similaire est observé avec le virus de la grippe).
Ces résultats ouvrent définitivement la porte à une évaluation future de l'importance des syncytia dans la dissémination et la persistance virales, la désintégration de l'architecture alvéolaire, ainsi que les réponses inflammatoires et immunitaires dans COVID-19.
*Avis important
bioRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, orienter la pratique clinique / les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.
