Des scientifiques montrent la réplication virale du SRAS-CoV-2 avec l’imagerie intégrative 3D

Alors que la pandémie mondiale de maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) se poursuit, les scientifiques se précipitent pour développer des vaccins immunisants et des médicaments thérapeutiques pour lutter contre elle. Pour ce faire, les chercheurs tentent en permanence de mieux comprendre ce nouveau virus, comment il se réplique et son mécanisme d’infection.

Une équipe de chercheurs de l’Université d’Heidelberg en Allemagne a effectué une analyse d’imagerie détaillée de l’infection par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) pour déterminer comment le virus reprogramme les cellules infectées.

Entrée du SARS-CoV-2 dans les cellules

Le pathogène SARS-CoV-2, qui cause le COVID-19, contient des protéines Spike (protéine S) qui se lient aux récepteurs de surface de la cellule hôte pour entrer.

La protéine S se lie aux récepteurs de l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2) pour entrer dans la cellule et détourner ses fonctions métaboliques pour se répliquer. Ces récepteurs agissent ainsi comme un verrou et un tandem critique dans l’infection par le SRAS-CoV-2.

Les cellules infectées par le SRAS-CoV-2 meurent rapidement, en 24 à 48 heures. Cela signifie que le virus nuit à la cellule humaine de telle manière qu’elle est recâblée et forcée à produire une descendance virale.

Cinétique de l’infection par le SRAS-CoV2 dans les cellules épithéliales pulmonaires. (A) Évolution temporelle de la réplication du SRAS-CoV-2 dans les cellules Calu-3 infectées (MOI = 5) tel que détecté par immunofluorescence en utilisant un anticorps d’ARNdb (blanc). L’ADN nucléaire a été coloré avec du DAPI (bleu). Barre d’échelle: 40 µm. (B) Pourcentage de cellules positives dsRNA quantifiées à partir du panneau (A). (C et D) Niveaux d’ARN viral intra- et extracellulaire mesurés par RT-qPCR. (E) infectivité extracellulaire mesurée par dosage de plaque. Les moyennes et les SD de trois expériences indépendantes sont indiqués dans les panneaux BE. (F) Images de microscopie électronique à transmission de sections minces de 70 nm de cellules Calu-3 incluses dans la résine infectées par SARS-CoV-2 (MOI = 5) et imagées aux moments indiqués après l’infection. DMV, vésicules à double membrane; C, connecteurs; LD, gouttelette lipidique; Gg, granules de glycogène; pointes de flèches orange, virions terminés; pointe de flèche jaune, virion en herbe. Les zones en rectangles jaunes sont agrandies dans les panneaux correspondants marqués de lettres romaines. Les lignes pointillées rouges indiquent les régions avec des accumulations de DMV. (G) Distribution de fréquence relative des diamètres DMV déterminés aux différents moments après l’infection. Les ajustements gaussiens sont affichés en superposition. N = 43, 40 et 48 DMV pendant 6 h, 12 h et 48 h après l’infection, respectivement.

L’étude, qui a été publiée dans la revue Hôte de cellule et microbe, vise à identifier les changements morphologiques au sein d’une cellule qui sont inhérents à cette reprogrammation. De cette façon, les scientifiques peuvent être mieux équipés pour développer des médicaments qui suppriment la réplication virale et empêchent la mort cellulaire induite par le virus.

Analyse d’imagerie intégrative

Pour arriver aux résultats de l’étude, les chercheurs ont utilisé une combinaison de méthodes de microscopie optique et électronique pour obtenir une vue intégrative de l’architecture 3D des organites de réplication virale induite par le SRAS-CoV-2 (vRO), leur relation avec les compartiments subcellulaires et leur impact. d’infection virale sur les organites cellulaires.

L’équipe a démontré des reconstructions 3D de cellules entières, montrant un remodelage morphologique marqué de nombreux organites membraneux tels que la fragmentation de l’appareil de Golgi et une altération des peroxysomes en organites de réplication virale, qui sont formés par des grappes de vésicules à double membrane (DMV).

L’analyse FIB-SEM du volume cellulaire entier d’une cellule infectée par le SRAS-CoV-2 révèle un réseau de DMV et ER. Les cellules Calu-3 ont été infectées avec SARS-CoV-2 (MOI = 5) pendant 24 h avant d’être fixées et préparées pour l’analyse FIB-SEM. (A) Deux tranches différentes à travers le volume de la cellule. Notez l’association étroite de la cellule infectée au milieu avec les cellules voisines, donnant à la cellule infectée une forme de sablier dans le panneau supérieur. (B) Rendu 3D de la cellule infectée. Le code couleur des structures subcellulaires est représenté au bas de la figure. (C) Zoom avant de la zone indiquée par le rectangle en (B) montrant un groupe de DMV. (D) Détail des connexions DMV – ER (i). Les DMV sont représentés en rouge, les connecteurs à membrane sont représentés en agrumes. (ii) Identique à (i) mais avec des transparents de haut niveau pour les DMV et les régions ER, à l’exception des zones en contact avec les connecteurs ER. (iii et iv) Deux coupes orthogonales montrant les données brutes de la même région du panneau gauche respectif. Barres d’échelle: 2 µm dans les panneaux A et B, 500 nm dans les panneaux C et D.

En outre, sur la base des résultats de l’imagerie des cellules vivantes et du capteur d’infection, l’équipe a constaté qu’il y avait un remodelage intense des éléments du cytosquelette.

Pendant ce temps, l’équipe a découvert que l’inhibition pharmacologique de ces dynamiques supprime la réplication du SRAS-CoV-2.

Exploiter un système de membrane cellulaire

Le virus déclenche également des changements membranaires dans lesquels il produit ses organites de réplication. Cela se produit dans des mini compartiments de réplication où le génome viral est énormément augmenté.

Pour ce faire, le virus exploite un système membranaire cellulaire et crée un organite. Les scientifiques l’ont décrit comme une accumulation vaste et massive de bulles, qui devient un compartiment protégé où les génomes viraux se répliquent et sont libérés pour être incorporés dans de nouvelles particules virales.

Quelques heures après l’infection, l’équipe a observé comment et où le virus prolifère à l’intérieur de la cellule. En outre, ils ont observé comment le virus détournait les machines de l’hôte pour être libéré après la réplication.

Les chercheurs ont partagé leurs résultats publiquement afin que la communauté scientifique puisse les utiliser pour informer leurs études sur le SRAS-CoV-2. Les données peuvent être utilisées pour développer de nouveaux médicaments et vaccins pour lutter contre la pandémie de COVID-19.

« Je pense que nous créons un précédent sur le fait que nous partageons toutes les données que nous avons produites avec la communauté scientifique. Cela représente une ressource impressionnante pour la communauté », a expliqué Yannick Schwab, co-auteur de l’étude.

« De cette façon, nous pouvons soutenir l’effort mondial pour étudier comment le SRAS-CoV-2 interagit avec son hôte. L’équipe espère que les informations recueillies aideront au développement de médicaments antiviraux », at-il ajouté.

Situation mondiale du COVID-19

À ce jour, le virus s’est propagé dans 191 pays, infectant plus de 59,22 millions de personnes. Le SRAS-CoV-2 a fait plus de 1,39 million de morts.

De nombreux pays signalent une augmentation des cas, notamment les États-Unis, l’Inde, le Brésil et la France. Les États-Unis ont le plus grand nombre de cas de COVID-19, dépassant 12,42 millions de cas, suivis de l’Inde, avec plus de 9,17 millions de cas, du Brésil avec plus de 6,08 millions de cas et de la France, avec plus de 2,19 millions de cas.

Il est essentiel de mieux comprendre comment le virus interagit avec les cellules humaines et les affecte pour développer de nouvelles thérapies, médicaments et vaccins. Grâce à une analyse d’imagerie intégrative 3D, cette étude a mis en lumière le processus de réplication virale du SRAS-CoV-2.