Une étude récente publiée dans le Science Advances Journal a démontré que l’infection par le coronavirus 2 (SRAS-CoV-2) du syndrome respiratoire aigu sévère et les fusogènes viraux provoquent une fusion gliale et neuronale.
Étude: L’infection par le SRAS-CoV-2 et les fusogènes viraux provoquent une fusion neuronale et gliale qui compromet l’activité neuronale. Crédit d’image : KaterynaKon/Shutterstock.com
Arrière-plan
Les champignons, les bactéries, les virus et les parasites peuvent causer des infections du système nerveux. Des virus tels que le virus Zika, le réovirus, le SRAS-CoV-2 et le virus de l’herpès simplex peuvent infecter les neurones.
Les infections cérébrales virales peuvent entraîner de la fièvre, une perte d’odorat ou de goût, des crises d’épilepsie, de la confusion, des maux de tête et, dans les cas graves, une méningite, une encéphalite, une paralysie et la mort peuvent survenir.
Dans les tissus non neuronaux, les réovirus et les virus enveloppés utilisent des fusogènes pour fusionner avec les membranes cellulaires de l’hôte, pénétrer dans les cellules et détourner la machinerie cellulaire pour synthétiser les composants viraux.
Les fusogènes nouvellement générés redécorent la membrane cellulaire, conférant la capacité de fusionner avec les cellules adjacentes, entraînant des syncytia multinucléés. Que l’infection virale et les fusogènes en soient la cause, la fusion neuronale et la formation de syncytia restent inconnues.
L’étude et les conclusions
Dans la présente étude, les chercheurs ont étudié si l’infection par le SRAS-CoV-2 et les fusogènes viraux provoquent la fusion des cellules neuronales. Tout d’abord, une population de cellules cérébrales de souris a été transfectée avec des plasmides codant pour l’enzyme de conversion de l’angiotensine humaine 2 (hACE2) et la protéine fluorescente verte (GFP).
Une deuxième population a été transfectée avec des plasmides codant pour hACE2 et mCherry. Ces populations ont été co-plaquées et maintenues dans in vitro pour cinq jours.
Les cultures ont été infectées avec 20, 2 x 103ou 2 x 106 unités formant des plaques du SARS-CoV-2 ancestral. Les cultures ont été examinées 72 heures après l’infection par microscopie confocale. Des neurones fusionnés ont été observés et la coloration des anticorps a confirmé que les cellules étaient positives au pic. En outre, l’équipe a observé des phénotypes de fusion supplémentaires, tels que les fusions glie-glie et glie-neurone.
Des dommages cellulaires ont été observés uniquement à des titres de SARS-CoV-2 plus élevés. Ensuite, des organoïdes cérébraux dérivés de cellules souches embryonnaires humaines (CSEh) ont été infectés par le SRAS-CoV-2. De même, ces organoïdes infectés ont montré une syncytie neuronale.
De plus, pour évaluer les effets des fusogènes seuls, l’équipe a utilisé un pic SARS-CoV-2 et la protéine de fusion p15 de l’orthoreovirus du babouin.
Une population de neurones de souris a été transfectée avec des plasmides exprimant p15 et GFP. Une autre population a été transfectée avec un plasmide mCherry et un vecteur vide. Les populations ont été co-plaquées et maintenues en culture. L’expression de p15 était suffisante pour provoquer une fusion neuronale, qui n’a pas été observée sans p15.
L’utilisation d’un p15 inactif a complètement aboli la fusion. De plus, les chercheurs ont répété ces expériences pour la protéine de la pointe SARS-CoV-2. Une population neuronale a été transfectée avec des plasmides exprimant la pointe et la GFP ; un autre a été transfecté avec des plasmides exprimant mCherry et hACE2.
Les populations ont été co-plaquées et maintenues en culture pendant 72 heures. La fusion de cellules exprimant la pointe avec des cellules exprimant hACE2 a été observée. Le hACE2 et la pointe étaient nécessaires pour la fusion. L’utilisation de versions de pointes inactives n’a pas induit de fusion. Des phénotypes de fusion glie-glie et glie-neurone ont été observés avec les fusogènes p15 et spike.
Ensuite, l’équipe a cherché à savoir si les fusogènes pouvaient induire la fusion in vivo. À cette fin, des vecteurs exprimant GFP seul ou GFP et p15 ont été injectés dans le cortex et l’hippocampe de souris âgées de 11 semaines, et les cerveaux ont été prélevés après sept et 14 jours. La fusion neuronale a été détectée dans le cortex et l’hippocampe.
Ils ont ensuite testé dans des neurones d’origine humaine avec le pic SARS-CoV-2 ou p15. Les neurones corticaux dérivés de CSEh et les cellules progénitrices neuronales ont été transfectés avec GFP et pointe, pointe inactive ou p15. Trois jours plus tard, des grappes de cellules neuronales GFP-positives interconnectées étaient évidentes avec p15, similaires aux syncytia observés dans les neurones murins.
Des grappes se sont également formées lorsque la pointe du SRAS-CoV-2 a été exprimée, ce qui implique que la fusion pourrait se produire en utilisant des récepteurs hACE2 endogènes. Aucune fusion n’a été détectée avec le spike inactif ou sans fusogènes. Ensuite, les chercheurs ont exploré si la fusion était possible au niveau des neurites, loin des corps cellulaires.
L’infection par le SRAS-CoV-2 a induit une fusion entre les somas et entre les neurites éloignés des somas. La fusion a abouti à des ponts de longueurs variables dépassant des centaines de micromètres. L’équipe a observé l’échange de mitochondries et d’une protéine fluorescente (mCardinal) à travers les ponts de fusion.
En outre, les neurones transfectés avec GFP et p15 ont été observés pour la formation de syncytia sur sept jours. Les syncytia ont augmenté au cours du temps en présence de p15, avec l’incorporation progressive de nouvelles cellules. Enfin, les chercheurs ont examiné si la fusion avait un impact sur l’activité neuronale.
À cette fin, des neurones différenciés ont été fusionnés à l’aide de p15 et la fusion a été visualisée à l’aide d’un indicateur fluorescent sensible aux ions calcium. Les neurones exprimant mCherry et le vecteur vide avaient une activité spontanée. La plupart des neurones fusionnés (90%) ont montré une activité neuronale synchronisée, tandis que les autres ont montré une perte complète d’activité neuronale.
Les cellules sans activité étaient celles qui fusionnaient étroitement au niveau des somas. Tous les neurones fusionnés avec la glie avaient perdu leur activité. La fréquence de l’activité neuronale était inchangée, quelle que soit la synchronicité des neurones fusionnés. L’équipe a également observé une augmentation des niveaux d’ions calcium intracellulaires dans les ponts.
conclusion
Les résultats ont démontré que les neurones infectés par le virus ou ceux exprimant des fusogènes viraux pouvaient fusionner avec les neurones et la glie adjacents, entraînant des modifications de la communication neuronale et compromettant l’activité neuronale. La fusion neuronale par le SRAS-CoV-2 dépend de l’expression de hACE2 et, éventuellement, d’autres facteurs accessoires.
La fusion a également entraîné l’échange de grosses molécules et d’organites. De plus, les neurones fusionnés étaient viables mais avec une fonction et des circuits modifiés. La plupart des vaccins SARS-CoV-2 existants, y compris BNT162b2, ChAdOx1, mRNA-1273 et Ad26.COV2.S sont basés sur l’expression de pointe dans les cellules hôtes pour déclencher la réponse immunitaire.
Ces vaccins codent la pointe pleine longueur avec deux mutations stabilisant la conformation de préfusion et inactivant leur fusogénicité. Les chercheurs ont utilisé la même version du pic inactif dans l’enquête actuelle, qui n’a pas réussi à déclencher la fusion.
Les résultats suggèrent que la prise en compte du potentiel fusogénique sera cruciale dans la conception des futurs vaccins contre le SRAS-CoV-2.
