Les scientifiques ont travaillé d’arrache-pied pour comprendre tous les aspects du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2), l’agent causal de la pandémie de maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) en cours. Le SARS-CoV-2 est un virus à ARN appartenant à la famille des Coronaviridae du genre Betacoronavirus. Ce virus envahit la cellule hôte via sa protéine de pointe (S) de surface, qui se lie à l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2) de l’hôte.
Étude : ADAM10 et ADAM17 favorisent l’entrée des cellules SARS-CoV-2 et la fusion des cellules pulmonaires médiée par les protéines de pointe. Crédit d’image : Design_Cells / Shutterstock
Arrière-plan
Des études antérieures ont révélé que S est un hétérodimère clivé par la furine protéase comprenant les sous-unités S1 et S2. La sous-unité S1 contient le domaine de liaison au récepteur (RBD), tandis que la sous-unité S2 est impliquée dans la fusion des membranes après que le virus se soit lié à la cellule hôte. D’autres facteurs associés à l’entrée du virus sont la protéase transmembranaire sérine 2 (TMPRSS2), la furine et les protéases de la cellule hôte.
Des études antérieures ont montré que la protéolyse ne se produit pas pour les protéines présentes à la surface du virus ou à la surface de la cellule hôte. Cependant, les protéases liées à la membrane, par exemple, «une désintégrine et des métalloprotéases» (ADAM), TMPRSS2 et les enzymes de clivage APP du site bêta (BACE) peuvent éliminer l’ectodomaine des protéines de surface.
Plusieurs études ont montré que les particules excrétées contiennent des récepteurs de virus, par exemple, Coxsackievirus et Adenovirus Receptor, le récepteur NRP1 du corécepteur du SRAS-CoV-2, ACE2, le ligand 1 de la glycoprotéine P-sélectine du récepteur de l’entérovirus 71 (PSGL-1), etc. la présence d’autres protéases excrétrices de cellules hôtes qui contribuent à l’infection peut être ciblée afin d’inhiber la propagation du SRAS-CoV-2.
Bien que plusieurs études aient indiqué que l’ajout exogène de protéases (par exemple, la trypsine ou le TMRPSS2 surexprimé) peut augmenter la formation de syncytia in vitro, il n’est pas évident que les protéases excrétrices endogènes soient associées à un mécanisme similaire. Par conséquent, il n’est pas clair si les protéases excrétrices endogènes peuvent être utilisées comme cible pharmaceutique potentielle pour inhiber la formation pathologique de syncytia.
Une nouvelle étude
Une nouvelle étude publiée dans la revue Rapports EMBO a signalé l’excrétion de deux protéases, à savoir ADAM10 et ADAM17, qui contribuent aux événements moléculaires dépendants de la protéine S. La recherche a montré qu’ADAM10 et ADAM17 sont essentiels à la pathogenèse du SRAS-CoV-2 en termes d’infection au COVID-19 et de fusion des cellules pulmonaires médiée par le SRAS-CoV-2.
Modèle pour le rôle des protéases ADAM dans l’entrée virale du SRAS-CoV-2 et la formation de syncytia des cellules pulmonaires A, B. La protéine de pointe S du SRAS-CoV-2 se compose des deux sous-unités S1 et S2 et se lie via S1 à ACE2 sur les cellules hôtes, ce qui est nécessaire pour la fusion virale avec les cellules hôtes (A) et pour la formation de syncytia (B) . (A) TMPRSS2 peut cliver S en trans et permettre la fusion du SRAS-CoV-2 avec la membrane plasmique de la cellule hôte. En revanche, ADAM17 peut soit cliver S en trans au niveau de la membrane plasmique, soit le cliver une fois que le peptide de fusion de S s’est inséré dans la membrane plasmique de l’hôte après endocytose, ce qui est conceptuellement similaire à un clivage en cis. Après le clivage d’ADAM17, la fusion du SRAS-CoV-2 avec la cellule hôte est susceptible de se produire après l’endocytose. L’inhibition d’ADAM17 réduit l’absorption virale et la fusion. (B) Pour la formation de syncytia, la protéine S exprimée dans une cellule infectée se lie à la membrane plasmique à ACE2 sur une autre cellule. Cela nécessite un amorçage S par TMPRSS2 ou ADAM10. L’étape d’amorçage peut se produire en trans, alors que le SRAS-CoV-2 est toujours lié à l’ACE2 ou après l’insertion de la sous-unité S2 – qui contient le peptide de fusion – dans la membrane de la cellule exprimant l’ACE2, qui peut être considérée comme un clivage en cis. Les inhibiteurs de TMPRSS2 (par exemple, camostat) ou ADAM10 réduisent la fusion cellulaire et la formation de syncytia. La figure a été créée avec BioRender.
Cette étude a identifié ADAM17 comme un facteur hôte impliqué dans l’infection par le SRAS-CoV-2 dans les poumons. De plus, les auteurs ont découvert que l’ADAM10 était un composant important de la formation de syncytia des cellules pulmonaires, un marqueur pathologique important pour les patients atteints de COVID-19.
Une étude précédente a identifié ADAM10 et ADAM17 comme des métalloprotéases principalement impliquées dans la communication cellulaire. Par exemple, ADAM10 joue un rôle important dans la signalisation Notch, tandis que ADAM17 est impliqué dans la formation et le maintien de la barrière intestinale. Les scientifiques ont révélé que les deux protéases sont liées à des conditions physiopathologiques, telles que l’inflammation (ADAM17) et la maladie d’Alzheimer (ADAM10). Plusieurs études ont rapporté qu’ADAM10 et ADAM17 perdent de nombreux substrats protéiques membranaires.
Dans cette étude, les chercheurs ont utilisé l’ablation génétique et l’inhibition pharmacologique pour identifier le nouveau rôle d’ADAM17 dans la pathogenèse du SRAS-CoV-2. Ils ont découvert que les inhibiteurs de métalloprotéases pouvaient bloquer efficacement l’ADAM17 et, ainsi, réduire l’infection par le SRAS-CoV-2 dans les cellules pulmonaires des humains. Les scientifiques ont également démontré la pathogenèse, qui se développe généralement à un stade ultérieur de l’infection par le SRAS-CoV-2, c’est-à-dire la formation de syncytia des cellules pulmonaires. Ce développement pourrait avoir eu lieu en raison de la fusion de cellules infectées exprimant la protéine S et contenant ACE2.
Les auteurs de cette étude ont déclaré que même si ADAM10 et ADAM17 fonctionnent à différentes phases de l’infection par le SRAS-CoV-2, les deux protéases fonctionnent via l’amorçage protéolytique de la protéine S. De plus, les scientifiques ont démontré qu’ADAM10 et ADAM17 pouvaient s’amorcer sur ou à proximité du site S2. Cela pourrait être dû au fait que ces deux protéases convertissent le domaine S2 de la protéine S in vitro à un fragment S2 de taille similaire, analogue à TMPRSS2.
Dans cette étude, les chercheurs ont confirmé que différentes protéases, telles que TMPRSS2, ADAM10, ADAM17 et bien d’autres, peuvent amorcer S2 et médier l’infection via la fusion du virus SARS-CoV-2 avec des cellules hôtes et la formation de syncytia dans S- exprimant des cellules infectées par le SRAS-CoV-2 avec des cellules hôtes.
ADAM10 est nécessaire à la formation de syncytia des cellules pulmonaires. Schéma expérimental du test de formation de syncytia. Des cellules donneuses (HEK293T) co-exprimant la protéine de pointe SARS-CoV-2 avec GFP ont été co-cultivées avec des cellules acceptrices A549-ACE2 NTC ou KO. Après 24 h, les co-cultures ont été analysées par microscopie confocale. Images représentatives du test de formation de syncytia. De grandes syncytia ont été observées pour les cellules KO NTC et ADAM17, mais ont été fortement réduites lorsque ADAM10 a été éliminé, seul ou avec ADAM17 ou lors d’une inhibition avec BB94 (10 µM). Pour les deux ADAM, les lignées cellulaires obtenues avec la séquence d’ARNg 1 ont été utilisées. Les images montrent la fluorescence GFP et la coloration Hoechst. Barres d’échelle, 50 µm. Quantification des images de microscopie à fluorescence (B). Graphique de gauche : la zone des cellules fusionnées en vert (GFP) a été quantifiée et normalisée au signal Hoechst (bleu) de l’image entière pour tenir compte des différences de densité cellulaire. Graphique de droite : les noyaux dans les syncytia ont été déterminés en calculant le rapport entre le signal Hoechst dans les syncytia et le signal Hoechst total dans l’image entière. Les données sont normalisées au NTC DMSO (N ≥ 8). ANOVA bidirectionnelle avec correction de Tukey pour les comparaisons multiples. Toutes les données sont représentées sous forme de moyenne ± IC à 95 % d’au moins trois expériences indépendantes. **P < 0,01, ***P < 0,001. Voir également la figure EV4.
Comme les cellules A549-ACE2 ne peuvent pas exprimer TMPRSS2 et que le taux d’infection est considérablement réduit lors de l’administration d’inhibiteur de la cathepsine lysosomale et d’inhibiteur ADAM17, les chercheurs ont supposé que ADAM17 fonctionne dans la voie d’entrée lysosomale, soit avant l’endocytose, soit après l’endocytose, au niveau de la membrane plasmique. Fait intéressant, une fusion de cellules lors de la formation de syncytia se produit au niveau de la membrane plasmique, qui dépend d’ADAM10 dans les cellules A549-ACE2 TMRPSS2-négatives.
Conclusion
Les auteurs de cette étude ont établi qu’ADAM17 et ADAM10 contribuent à la pathogenèse du COVID-19. Ces protéases peuvent indépendamment affecter l’entrée du SRAS-CoV-2 dans l’hôte et la fusion des cellules pulmonaires pathologiques. Les scientifiques ont déclaré que mécaniquement, les deux protéases mentionnées ci-dessus clivent la protéine de pointe du SRAS-CoV-2 in vitro. L’étude actuelle a révélé qu’ADAM10 et ADAM17 pourraient être des cibles médicamenteuses potentielles pour inhiber l’invasion du SRAS-CoV-2 dans la cellule hôte et la formation de syncytia des cellules pulmonaires.
