Dans une étude récente publiée dans PNASles chercheurs ont exploré in vivo efficacité des protéines codées par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) contre la dégénérescence neuromusculaire (NM) associée au blocage des ribosomes.
Sommaire
Arrière plan
La neurodégénérescence associée à l’âge est une crise de santé publique qui nécessite le développement d’agents thérapeutiques ciblés, efficaces et larges modifiant la maladie ; cependant, les données sur la mesure dans laquelle les mécanismes physiopathologiques sont partagés par les diverses maladies neurodégénératives sont limitées. Le contrôle de la machinerie de traduction est essentiel pour le maintien de la protéostase au cours du vieillissement et pour lutter contre les infections virales.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont exploré les effets neuroprotecteurs des protéines codées par le SARS-CoV-2 in vivo utilisant Drosophile espèces.
Pour l’analyse génétique de la drosophile, une culture de mouches et des croisements ont été effectués, et le nouveau synthétisé Drosophile les protéines des larves ont été marquées à la puromycine (Pum), après quoi la durée de vie des mouches a été analysée. HeLa, la lignée cellulaire transfluor de plaque (U2OS) et les cellules de rein embryonnaire humain (HEK)293T ont été utilisées pour des expériences de culture cellulaire, et une analyse de traitement médicamenteux a été effectuée dans laquelle les cellules HeLa ont été traitées avec des médicaments tels que le cycloheximide, l’homoharringtonine (HHT), Pum et l’émétine.
En outre, des essais de report de blocage de la traduction ont été effectués. Pour évaluer l’efficacité potentielle des protéines SARS-CoV-2 sur la fonction NM, 12 protéines SARS-CoV-2 susceptibles d’être impliquées dans les interactions intracellulaires hôte-virus ont été exprimées, y compris les protéines non structurelles (Nsp)-1,2,3 ,6, cadres de lecture ouverts (Orf)-3a,3b,6,7a,7b,8, 9b et 10. Des tests de posture d’aile et d’activité locomotrice ont été effectués pour évaluer l’intégrité de la musculature de vol indirect et la fonction musculaire, respectivement.
L’équipe a étudié si l’expression de la protéine SARS-CoV-2 peut exacerber le fonctionnement compromis du NM chez les patients atteints de maladies neurodégénératives. Une analyse Western blot et une immunocoloration ont été effectuées pour confirmer l’expression de la protéine SAR-CoV-2. Ensuite, les effets de Nsp1 sur les phénotypes associés à la maladie d’Alzheimer (MA) ont été étudiés dans le contexte de la protéine précurseur amyloïde pleine longueur (FL-APP) et des défauts de mémoire et d’apprentissage induits par APP ou APP.C99.
Pour les tests comportementaux, des mouches transgéniques coexprimant la β-sécrétase et la FL-APP dans les neurones ont été utilisées, et BACE1 (bêta-sécrétase 1) a été utilisée pour faciliter la production d’APP.C99 à partir de FL-APP. En outre, les mécanismes sous-jacents de l’activité de Nsp1 contre les pathologies induites par APP.C99 ont été explorés et les effets de Nsp1 sur FL-APP ont été évalués. Synthèse des protéines dans Drosophile tissus, basée sur l’incorporation de Pum dans les chaînes peptidiques naissantes (NPC), a été mesurée pour explorer les effets de Nsp1 sur la traduction globale.
Une analyse quantitative de la transcription inverse-amplification en chaîne par polymérase (qRT-PCR) a été réalisée pour évaluer les niveaux d’acide ribonucléique messager (ARNm). Des cellules de mammifères ont été utilisées pour étudier les mécanismes de régulation de la traduction bloqués médiés par Nsp1 pour lesquels les PNJ bloqués étaient marqués au Pum et traités par des combinaisons Pum-émétine. Les effets de Nsp1 sur le blocage des ribosomes ont été évalués par la protéine fluorescente verte (GFP) -P2A-K20-P2A-rouge tests de rapporteur de protéine fluorescente (RFP) et en évaluant les effets de Nsp1 sur l’indicateur de collision de ribosome de la sous-unité 40S Rps3 (protéine ribosomique s3).
L’équipe a exploré la pertinence potentielle de la GMP-AMP synthase cyclique induite par la collision des ribosomes et du stimulateur de la signalisation des gènes de l’interféron (cGAS/STING) parmi la toxicité NM des cellules APP.C99. De plus, la littérature publiée sur les interactions des facteurs associés à Nsp1 et au RQC a été recherchée pour comprendre les mécanismes de régulation du blocage des ribosomes de Nsp1. Une analyse ribosomique du gradient de saccharose a été effectuée pour examiner les distributions de la sous-unité complexe 3 du cointégrateur 1 du signal d’activation (ASCC3) et du facteur 1 lié à la différenciation endothéliale (EDF1).
Résultats
La surexpression de Nsp1 a sauvé efficacement les phénotypes comportementaux et la dégénérescence NM chez Drosophile des modèles d’espèces de la maladie de Parkinson, de la sclérose latérale de type amyotrophique et de la MA. Le mécanisme d’accumulation aberrante de protéines due à la collision translationnelle des ribosomes et au décrochage (et à l’échec de la protéostase qui en résulte) était partagé par les trois maladies.
Nsp1 a démontré une action à plusieurs volets dans la résolution des collisions de ribosomes, l’interruption des traductions bloquées et la suppression des produits de traduction défectueux responsables des maladies modélisées, au moins partiellement via ABCE1, les facteurs de contrôle de la qualité liés aux ribosomes, la signalisation AKT et l’autophagie. Les effets de Nsp1 étaient extrêmement spécifiques et ont sauvé l’échec de la protéostase associée à la MA et la dégénérescence NM chez les mouches transgéniques du fragment APP C-terminal (APP.C99).
Nsp1 a favorisé l’élimination des espèces APP.C99 aberrantes résultant d’un contrôle de la qualité des protéines associées aux ribosomes (RQC) inadéquat du blocage des ribosomes. Nsp1 n’a pas provoqué d’arrêt global de la synthèse protéique ni de renouvellement de l’ARNm APP.C99 dans Drosophile. Nsp1 a favorisé la résolution des ribosomes en collision et inhibé la voie cGAS/STING. ABCE1 (membre 1 de la sous-famille E de la cassette de liaison à l’ATP) a médié les effets de Nsp1 sur la traduction bloquée de APP.C99.
L’effet de Nsp1 sur l’expression de APP/APP.C99 était peu probable par la dégradation de l’ARNm ou l’inhibition globale de la traduction. Pour Nsp1, aucun effet n’a été observé sur le rapport RFP/GFP exprimé par le rapporteur non décrochant, GFP-P2A-K0-RFP, pour Nsp1 ; cependant, en utilisant le rapporteur de décrochage de traduction GFP-P2A-Flag-K20-P2A-mKate2, Nsp1 a abaissé le rapport mKate2/GFP.
Dans la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19), Nsp1 favorise probablement le désassemblage des ribosomes bloqués sur l’ARN du SRAS-CoV-2 pour empêcher l’accumulation aberrante de protéines virales ou pour recycler les ribosomes bloqués sur l’ARNm de l’hôte afin d’augmenter leur disponibilité pour la traduction du SRAS-CoV-2 . La réduction induite par Nsp1 des niveaux totaux d’APP.C99 et de FL-APP était cohérente avec les modes d’arrêt avortés de Nsp1 sur les molécules ribosomiques bloquées.
Conclusion
Dans l’ensemble, les résultats de l’étude ont montré une amélioration de la dégénérescence NM par Nsp1 dans plusieurs modèles de maladies neurodégénératives et ont fourni de nouvelles informations sur les fonctions biochimiques de Nsp1 dans la manipulation de la machinerie de traduction de l’hôte. Les résultats ont révélé un nouveau mécanisme de Nsp1 dans la manipulation de la traduction de l’hôte pour lutter contre les maladies neurogénératives liées à l’âge.
