Dans une récente étude publiée sur bioRxiv* serveur de préimpression, les chercheurs ont étudié les variations de la réponse immunitaire de l’hôte provoquées par la protéine non structurelle 1 (nsp1) des coronavirus (CoV). Ils ont examiné quatre protéines nsp1 des β-CoV, dont le SRAS, le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2), le syndrome respiratoire du Moyen-Orient (MERS) et un α-CoV 229E.
Sommaire
Arrière-plan
Des études ont révélé que bien que le résultat pour la machinerie d’expression des gènes de l’hôte et la réponse immunitaire puisse être le même, le mode d’action de nsp1 de différents CoV est différent.
Néanmoins, toutes les protéines nsp1 perturbent l’expression du gène de l’hôte par la désintégration de l’acide ribonucléique messager (ARNm) ou la liaison de la sous-unité ribosomale des années 40 pour un arrêt de traduction ultérieur. Par exemple, le SARS-CoV-2 nsp1 supprime le transducteur de signal et l’activateur de transcription (STAT) 1 et la phosphorylation de STAT2 chez l’hôte pour réprimer fortement l’expression de l’interféron de type I (INF) par rapport au nsp1 du SRAS et du MERS.
L’étendue et la nature de la dégradation de l’ARNm médiée par nsp1 et l’effet de nsp1 de différents CoV sur le transcriptome de l’hôte restent mal compris.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont exploré le paysage transcriptionnel des cellules exprimant différentes protéines nsp1 à l’aide du séquençage d’ARN (ARN-seq). Ils ont identifié les similitudes et les dissemblances dans les fonctions des protéines régulatrices de l’ARN au cours des infections à CoV pour comprendre comment leur expression a conduit à différentes conditions pathologiques.
L’équipe a transfecté des cellules HEK293T avec des plasmides exprimant les quatre protéines nsp1 de 229E, SARS, SARS-CoV-2 et MERS pour délimiter leur impact sur le transcriptome hôte et cartographier leur interactome.
L’équipe a induit l’expression de nsp1 dans les cellules transduites en les incubant avec de la doxycycline pendant 24 heures. Ensuite, ils ont récolté, lysé et résolu ces cellules par électrophorèse sur gel de polyacrylamide-dodécyl-sulfate de sodium (SDS-PAGE).
De même, l’équipe a transfecté des cellules transduites avec un rapporteur de protéine fluorescente verte (GFP) pendant 24 heures, puis a induit l’expression de nsp1 en les incubant avec de la doxycycline. Enfin, ils ont surveillé l’expression de la GFP à l’aide de la microscopie à fluorescence, et les cellules positives à la GFP ont également été quantifiées.
Les chercheurs ont utilisé des diagrammes de Venn pour montrer les gènes uniques et partagés identifiés par RNA-seq entre chaque ensemble de données CoV nsp1 RNA-seq. De même, les parcelles de volcan ont montré des gènes différentiellement exprimés (DEG) entre les cellules témoins et induites par nsp1.
De plus, ils ont regroupé hiérarchiquement les données RNA-seq basées sur Fold Change pour visualiser l’expression de nsp1 à partir de MERS, 229E, SARS et SARS-CoV-2 en fonction de la parenté.
Enfin, l’équipe a déployé les mutants SARS-CoV-2 et MERS nsp1 pour confirmer s’ils induisaient une décomposition de l’ARNm comme leurs homologues de type sauvage. De plus, ils ont identifié des interacteurs partagés par les quatre protéines nsp1.
Résultats de l’étude
Quelle que soit l’origine de la protéine nsp1, près de 50 % des transcrits identifiés par RNA-seq ont été régulés à la baisse lors de l’induction de nsp1, ce qui suggère que les quatre nsp1 testés au cours de l’étude ont profondément impacté leurs cellules hôtes via la régulation de la stabilité de l’ARN.
Des études antérieures ont suggéré que MERS nsp1 conduit à la désintégration de l’ARNm en ciblant les transcrits indépendamment des interactions ribosomes. Étonnamment, plusieurs transcrits identifiés étaient des ARN non codants (ARNnc), ce qui soulève la possibilité que le rôle de nsp1 dans la désintégration de l’ARNm puisse être plus étendu ou qu’il puisse cibler plusieurs voies de désintégration.
Les protéines nsp1 dérivées du SRAS et du SRAS-CoV-2 ont uniformément et largement déstabilisé l’ARNm sur le transcriptome de l’hôte, tandis que le MERS et le 229E nsp1 n’ont pas suivi ce schéma.
Un examen plus approfondi du diagramme du volcan MERS a révélé des changements de pli négatifs significatifs dans de nombreux gènes, suggérant que MERS nsp1 ne ciblait que les ARN transcrits au niveau nucléaire. La protéine nsp1 de 229E a montré peu de changement de pli dans les gènes, suggérant que 229E ciblait préférentiellement un sous-ensemble d’un transcrit mais affectait légèrement le reste du transcriptome.
Les données d’ARN-seq ont également indiqué que nsp1 contribuait largement à l’arrêt de l’hôte en se liant aux ribosomes, entraînant un arrêt de la traduction. Par conséquent, 229E nsp1 a provoqué une dégradation de l’ARNm moins marquée que ses homologues β-CoV.
Les cartes thermiques ont encore validé ces résultats, avec des gènes fortement régulés à la baisse par le regroupement de MERS nsp1 dans la moitié inférieure de la carte thermique. Comme prévu, les mutants SARS-CoV-2 et MERS nsp1 n’ont pas été en mesure d’induire la dégradation de l’ARNm.
Le regroupement hiérarchique a révélé que non pas au hasard, mais que nsp1 de CoV, même étroitement apparentés, ciblait différents groupes de gènes pour la dégradation de l’ARN et ne partageait que quelques interactions protéiques.
En conséquence, 229E nsp1 avait le plus grand nombre d’interacteurs uniques et MERS nsp1 avait le plus bas. Il y a deux explications plausibles à ce constat. Comme 229E nsp1, comme les autres α-coronavirus nsp1, est considérablement plus petit que ceux trouvés dans les β-coronavirus, il avait besoin de plus de partenaires en interaction pour remplir ses fonctions principales pendant l’infection virale. Il est également probable que 229E nsp1 possédait des régions plus désordonnées pour faciliter les interactions protéine-protéine.
L’interactome de MERS nsp1 était uniquement différent. Par conséquent, la plupart des interacteurs qui y sont détectés étaient associés au processus catabolique de l’ARNm. Les études futures devraient explorer ces interactions et évaluer si l’un de ces facteurs est essentiel à l’activité de nsp1.
conclusion
L’étude a souligné que si nsp1 est une protéine hautement conservée avec des fonctions plutôt bien conservées sur différents CoV, son effet sur le transcriptome de l’hôte est spécifique au virus.
En fait, la gamme cible de l’hôte et les interactomes varient considérablement entre les différentes protéines nsp1. Les auteurs ont souligné que les études futures explorent plus avant ces aspects pour comprendre comment ces différences affectent les infections à CoV, ce qui est crucial pour éclairer le développement de médicaments antiviraux contre les CoV.
*Avis important
bioRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, guider la pratique clinique/les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.
