Dans une étude récente publiée dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciencesles chercheurs ont analysé la capacité inflammatoire des composants fragmentés du coronavirus 2 (SARS-CoV-2) du syndrome respiratoire aigu sévère.
La recherche intensive pendant la pandémie de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) a aidé à comprendre l’infection par le SRAS-CoV-2. Néanmoins, ce qui rend le virus capable de provoquer une réaction inflammatoire dangereuse reste flou. La recherche a suggéré que les peptides amphiphiles et cationiques du système immunitaire inné subissent un assemblage de type amyloïde avec des acides nucléiques anioniques et forment des complexes pro-inflammatoires.
Étude : Vie après la mort virale : SARS-CoV-2 comme réservoir de peptides immunomimétiques qui se réassemblent en complexes supramoléculaires proinflammatoires. Crédit image : NIAID
L’étude et les résultats
La présente étude a vérifié si les peptides SARS-CoV-2 fragmentés s’assemblent avec l’ARN double brin anionique (ARNdb) en complexes supramoléculaires. Le protéome viral était considéré comme un réservoir de fragments peptidiques se libérant après la destruction protéolytique des virions. Les chercheurs ont exploité un classificateur de machine à vecteurs de support (SVM) pour reconnaître les séquences de type peptide antimicrobien (AMP) (xenoAMP) dans le protéome du SRAS-CoV-2.
Les séquences de protéines virales ont été analysées via une fenêtre mobile de 24 à 34 acides aminés pour identifier les xénoAMP potentiels et vérifier s’ils se comportent comme des AMP s’ils sont clivés à différentes positions. Les séquences ont été sélectionnées sur la base du résultat fourni par le classificateur sous la forme d’un score sigma (σ), dans lequel un score fortement positif impliquait que la séquence était très probablement un AMP.
Existence d’imitations exogènes de peptides antimicrobiens pro-inflammatoires de l’hôte (xénoAMP) dans les protéines du SRAS-CoV-2. (A) Les protéines du SRAS-CoV-2 sont analysées avec un classificateur AMP d’apprentissage automatique. Chaque séquence interrogée reçoit un score σ qui mesure son caractère AMP. Trois séquences représentatives à score élevé sont étudiées : xenoAMP(ORF1ab), xenoAMP(S) et xenoAMP(M). Les barres grises marquent l’emplacement où les séquences correspondantes sont sélectionnées. (B) Les séquences du SRAS-CoV-2 sont alignées et comparées à leurs homologues dans un coronavirus humain rhume HCoV-OC43 : contrôle (ORF1ab), contrôle (S) et contrôle (M). Les astérisques, les deux-points et les points indiquent respectivement les positions qui ont des résidus entièrement conservés, celles qui ont des propriétés fortement similaires et celles qui ont des propriétés faiblement similaires. La couleur est attribuée à chaque résidu à l’aide du schéma ClustalX. (C) Les cartes thermiques du score σ comparent la distribution des séquences à score élevé dans trois protéines du SRAS-CoV-2 et du HCoV-OC43. Le premier acide aminé de chaque séquence est coloré en fonction de son score σ moyen ; les régions avec des scores σ moyens négatifs (non-AMP) sont colorées en blanc. Les groupes de « points chauds » de séquences à score élevé pour le SRAS-CoV-2 (régions jaune vif entourées de cadres rouges) ont des scores systématiquement plus élevés et couvrent des régions plus larges de l’espace de séquence par rapport au HCoV-OC43. Cette tendance suggère que les points chauds du SRAS-CoV-2 peuvent générer des séquences de notation plus élevées pour une plus grande diversité de sites de clivage enzymatique que celles du HCoV-OC43.
De plus, l’équipe a sélectionné des séquences spécifiques parmi cette population de séquences (à score élevé) avec une charge cationique élevée. Plus précisément, ils se sont concentrés sur des candidats prototypiques de la protéine membranaire (M), de la protéine Spike (S) et de la polyprotéine du cadre de lecture ouvert 1ab (ORF1ab). In silico les analyses ont montré que ces xénoAMP pouvaient être générés lors de la dégradation protéasomale, avec la métalloprotéinase matricielle 9 (MMP9) et l’élastase neutrophile (NE) capables de les générer.
Ensuite, l’équipe a comparé les xenoAMP du SRAS-CoV-2 avec des séquences homologues du SRAS-CoV-1 et des CoV humains non pandémiques. Cela a montré que les séquences étaient partiellement conservées. Une comparaison des cartes thermiques du score σ des protéines ORF1ab, S et M entre le SRAS-CoV-2 et le HCoV-OC43 a révélé que les séquences à score élevé étaient regroupées en points chauds, les points chauds du SRAS-CoV-2 ayant des scores plus élevés et couvrant des régions plus larges. que ceux du HCoV-OC43.
De plus, la spectrométrie de masse a été réalisée sur des échantillons d’aspiration trachéale provenant de patients atteints d’une forme grave de COVID-19. L’équipe a détecté des fragments d’AMP hôte, la cathélicidine LL-37, dans 20 échantillons (sur 29). En revanche, 28 échantillons contenaient des fragments peptidiques viraux, dont certains présentaient des scores σ suffisamment élevés pour être qualifiés de xénoAMP.
Les trois xenoAMP, xenoAMP(S), xenoAMP(M) et xenoAMP(ORF1ab), ont été observés expérimentalement pour chaperonner et s’assembler avec l’ARNdb dans des complexes similaires au LL-37. Polyinosine : l’acide polycytidylique (Poly(I:C) a été utilisé comme analogue synthétique pour imiter l’ARNdb viral généré lors de la réplication. Les structures des complexes xénoAMPs-poly(I:C) étaient apparentées à l’hôte des complexes AMPs-ARNdb.
Ensuite, l’équipe a étudié la robustesse de ces complexes pro-inflammatoires auto-assemblés dans des conditions non optimales. Ils ont constaté que les structures nanocristallines étaient préservées lorsque les xénoAMP participants étaient raccourcis. En outre, les xénoAMP du SRAS-CoV-2 se sont co-cristallisés avec le LL-37, ce qui suggère que les AMP de l’hôte et les xénoAMP pourraient activer de manière synergique les réponses inflammatoires.
La capacité d’activation immunitaire des xénoAMP du SARS-CoV-2 a été comparée à celle des peptides homologues du HCoV-OC43 à l’aide de monocytes humains. Les monocytes traités au XenoAMP-poly(I:C) ont libéré 1,7 fois plus d’interleukine (IL)-8 que les témoins traités au poly(I:C). En revanche, les complexes formés avec des peptides homologues du HCoV-OC43 ont induit des taux d’IL-8 beaucoup plus faibles.
De plus, la stimulation par xenoAMP-poly(I:C) des cellules endothéliales microvasculaires dermiques humaines primaires (HDMVEC) a déclenché une production robuste d’IL-6, qui n’a pas été observée avec les complexes formés à partir de peptides HCoV-OC43. Notamment, les HDMVEC traitées au xénoAMP-poly (I: C) ont montré une régulation positive significative de plusieurs gènes de chimiokines et de cytokines proinflammatoires.
Enfin, les chercheurs ont mesuré la capacité d’activation immunitaire chez la souris. Les souris C57BL/6 non exposées à l’infection ont été traitées avec des complexes xenoAMP(ORF1ab)-poly(I:C) ou poly(I:C)-seul (témoin). Le traitement au XenoAMP (ORF1ab) -poly (I: C) a augmenté les taux plasmatiques de ligand 1 de la chimiokine à motif IL-6 et CXC (CXCL1) de 1,6 et 2,2 fois, respectivement, par rapport au poly (I: C) seul. De plus, les niveaux d’IL-6 et de CXCL1 ont augmenté de 1,2 fois dans les poumons par rapport au traitement témoin.
Conclusions
En résumé, l’étude a illustré un mécanisme inattendu d’inflammation se propageant à travers les cellules non infectées du COVID-19, dans lequel des fragments viraux imitent les AMP comme le LL-37. Cela pourrait être important pour comprendre pourquoi le système immunitaire de l’hôte dans le COVID-19 ressemble à celui des personnes atteintes de maladies auto-immunes comme la polyarthrite rhumatoïde et le lupus.
Les chercheurs ont découvert que les protéases de l’hôte pouvaient générer des xenoAMP, ce qui suggère que les inhibiteurs de protéase supprimant la génération de xenoAMP pourraient avoir un impact clinique sur l’inflammation induite par le virus. La dégradation protéolytique du SRAS-CoV-2 pourrait différer selon les individus hôtes, expliquant peut-être l’hétérogénéité des résultats de l’infection, par exemple asymptomatiques et mortels.
