Dans un article récent publié dans la revue Microbiologie naturelledes chercheurs du Texas, aux États-Unis (États-Unis), ont effectué une évaluation tridimensionnelle (3D) des cellules humaines infectées par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2) pour montrer un effet autonome cellulaire direct provoqué par le SARS-CoV- 2 sur la chromatine de l’hôte.
L’étude visait à améliorer la compréhension des perturbations liées à la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) dans le génome et l’épigénome d’une cellule hôte.
Étude : Le SARS-CoV-2 restructure l’architecture de la chromatine de l’hôte. Crédit d’image : FUNFUNPHOTO/Shutterstock.com
Sommaire
Arrière-plan
Le repliement 3D de la chromatine chez les mammifères, y compris les humains, influence la réplication, la recombinaison, la réparation des dommages à l’ADN et la transcription de l’acide désoxyribonucléique (ADN). C’est un déterminant clé de la façon dont les cellules humaines agissent et fonctionnent. Les virus, y compris le SRAS-CoV-2, antagonisent la défense de l’hôte en recâblant leur architecture de chromatine, qui comporte généralement plusieurs couches, par exemple des compartiments A/B, des boucles de chromatine et des domaines d’association topologiques (TAD).
Les compartiments A et B superposent respectivement l’euchromatine transcriptionnellement active et l’hétérochromatine relativement inactive. Cependant, les études ont à peine étudié ces effets.
De plus, les altérations épigénétiques ont un impact à long terme sur l’expression des gènes et les phénotypes qui en résultent. Ainsi, un aperçu des interactions entre le virus, la chromatine de l’hôte et l’épigénome pourrait aider à trouver de nouvelles méthodes pour combattre le SRAS-CoV-2 en phase aiguë. De plus, cela pourrait démêler la base moléculaire des séquelles post-aiguës du SRAS-CoV-2 ou du long COVID et ensuite l’atténuer.
À propos de l’étude
À 24 heures après l’infection (24 hpi), les cellules A549 humaines exprimant l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2), infectées par le SRAS-CoV-2 à une multiplicité d’infection (MOI) de 0,1, présentaient des niveaux élevés d’infection. Cela a été démontré par le séquençage de l’acide ribonucléique (RNA-seq). L’immunofluorescence de la glycoprotéine de pointe (S) du SRAS-CoV-2 a également justifié un taux d’infection élevé.
Ainsi, dans la présente étude, les chercheurs ont utilisé une version améliorée de la capture de conformation chromosomique à haut débit Hi-C in situ (Hi-C) 3.0 pour étudier les modifications de la chromatine de l’hôte dans ces cellules à 24 hpi et les cellules infectées par une simulation (Mock).
De plus, l’équipe a évalué les caractéristiques épigénétiques des régions altérées de la chromatine pour comprendre la vulnérabilité aux changements compartimentaux dus à l’infection. À cette fin, ils ont utilisé des méthodes d’immunoprécipitation de la chromatine (ChIP-seq) pour générer des données sur les marqueurs d’histone représentatifs et la polymérase II (Pol2) dans les cellules A549-ACE2. Cette analyse a couvert quatre marqueurs histones, à savoir H3K27ac, H3K4me3, H3K9me3 et H3K27me3.
Cela les a aidés à examiner les caractéristiques épigénétiques de ces six catégories de poubelles. Ils ont classé les changements de score E1 pour chaque bac génomique afin de trier les bacs. Ils ont qualifié les bacs montrant l’augmentation et la diminution du score E1 de « A-ing » et « B-ing », respectivement.
Résultats
L’analyse Hi-C a montré des altérations importantes du génome 3D des hôtes après l’infection par le SRAS-CoV-2. Les chercheurs ont également tracé une carte de corrélation de Pearson de leur analyse Hi-C qui a réaffirmé ces changements tout en indiquant une compartimentation modifiée de la chromatine.
Une vue focalisée de la région d’environ 0, 7 Mb a montré un affaiblissement des domaines de chromatine en forme de rectangle et une dérégulation des boucles de chromatine. Alors que le SRAS-CoV-2 a provoqué une baisse globale des contacts de chromatine à courte portée quasi-diagonaux (<560 kilobases), comme le montre une courbe P(s), les contacts de chromatine très éloignés de la diagonale (>28 mégabases) étaient souvent déréglementé.
De plus, une courbe P(s) a montré que le SRAS-CoV-2 a provoqué des interactions modestes et améliorées dans les contacts à moyenne et longue distance (~ 560 kb à 8,9 Mb) et les régions éloignées, respectivement.
Pliez les changements dans les interactions inter-chromosomiques ou trans-vs-cis les rapports de contact ont également représenté l’effet de l’infection par le SRAS-CoV-2 sur les contacts interchromosomiques. L’amélioration des interactions inter- et intra-chromosomiques a indiqué des changements dans la compartimentation de la chromatine. Par conséquent, l’analyse en composantes principales (PCA) d’un bac de 100 kb sur fond Hi-C a montré des défauts notables de compartimentation de la chromatine dans les cellules infectées par le virus.
Les scores totaux PCA E1 quantifiant les changements E1 dans ~ 30% des régions génomiques ont montré une diminution généralisée du compartiment A, une commutation A à B ou un renforcement du compartiment B après l’infection par le SRAS-CoV-2.
Parmi tous, les changements de A à A plus faible étaient les plus courants et se sont produits dans environ 18 % du génome, ce qui indique que le SRAS-CoV-2 affaiblit considérablement l’euchromatine hôte.
Une analyse plus approfondie a montré que les régions génomiques « B-ing » et « A-ing » étaient historiquement enrichies en marqueurs de chromatine actifs (par exemple, H3K27ac) et en marqueurs d’histone répressifs, en particulier H3K27me3. De manière inattendue, l’infection par le SRAS-CoV-2 a modifié sélectivement le marqueur H3K4me3 des promoteurs du gène des facteurs d’interaction phytochrome (PIF), suggérant des mécanismes non appréciés au niveau de ces promoteurs qui confèrent une inflammation déviante dans le COVID-19.
Une compartimentation défectueuse de la chromatine a probablement fait perdre leur identité aux compartiments A ou B historiquement bien partitionnés. Un graphique en selle illustrant les interactions de la chromatine entre les compartiments à travers le génome a montré ces changements globaux.
Les auteurs ont également noté une compartimentation affaiblie entre les chromosomes. Par exemple, dans les chromosomes 17 et 18, alors que les interactions A–B étaient amplifiées, les interactions homotypiques A–A/B–B semblaient avoir été compromises.
De plus, l’infection par le SRAS-CoV-2 a appauvri mécaniquement le complexe cohésine de manière omniprésente mais sélective à partir des régions intra-TAD. Ces changements ont fourni une explication moléculaire de l’affaiblissement des interactions intra-TAD.
Il a soutenu l’idée que l’extrusion de boucle de cohésine défectueuse à l’intérieur des TAD libère cette chromatine pour s’engager dans des associations à longue distance. Curieusement, la chromatine dans les cellules infectées par le SRAS-CoV-2 présentait une fréquence plus élevée d’interactions intra-chromosomiques et inter-chromosomiques à longue distance.
conclusion
L’infection par le SRAS-CoV-2 a nettement restructuré la chromatine de l’hôte 3D, avec un affaiblissement généralisé du compartiment A et un mélange A – B et une réduction globale des contacts intra-TAD avec la chromatine.
Cependant, on ne sait toujours pas exactement comment l’infection par le SRAS-COV-2 restructure la chromatine de l’hôte. Probablement, le cadre de lecture ouvert 8 (ORF8) perturbe l’épigénome de l’hôte, suggérant que certains facteurs viraux sont impliqués dans le recâblage de la chromatine de l’hôte.
Il a également modifié l’épigénome de l’hôte, notamment une réduction globale de la marque de chromatine active H3K27ac et une augmentation spécifique de H3K4me3 au niveau des promoteurs de gènes pro-inflammatoires. Curieusement, toutes ces altérations de la chromatine de l’hôte étaient uniques à l’infection par le SRAS-CoV-2, et d’autres coronavirus du rhume ou stimuli immunitaires n’ont pas provoqué ces changements.
