Une nouvelle étude publiée sur le serveur de préimpression bioRxiv * en mai 2020 suggère que l'augmentation de la mortalité chez les patients COVID-19 qui sont soit âgés, soit également souffrant d'hypertension artérielle, de diabète, de maladies cardiovasculaires est due à des taux élevés de cholestérol tissulaire. Il indique également le rôle d'une alimentation saine, en montrant que les acides gras polyinsaturés (AGPI) dans le sang s'opposent aux effets du cholestérol et donc au risque de symptômes sévères de COVID-19.
Étude: Le rôle de l'hypercholestérolémie dans la létalité COVID19 liée à l'âge. Crédit d'image: Naeblys / Shutterstock
Sommaire
Variation de l'infectivité entre adultes et enfants
Le coronavirus du syndrome respiratoire aigu sévère 2 (SRAS-CoV-2), qui cause la maladie COVID-19, est connu pour infecter et pénétrer dans les cellules hôtes en utilisant la molécule de récepteur ACE2 présente à l'extérieur de la membrane de la cellule hôte. On pensait initialement que de faibles niveaux d'ACE2 chez les enfants provoquaient une diminution du risque de cette maladie, mais des études récentes montrent que ce n'est pas nécessairement toujours vrai. Certains enfants présentent des niveaux élevés d'ACE2 dans la petite enfance.
La présente étude vise à répondre à la question de savoir ce qui contrôle l'entrée du SARS-CoV-2 dans la cellule hôte.
Le rôle du cholestérol dans l'entrée virale
Des recherches antérieures sur le virus du SRAS-CoV pourraient aider à fournir la réponse. Ce virus n'entre dans la cellule qu'en présence de cholestérol et de monosialotétrahexosylganglioside1 (GM1) sous forme de radeaux lipidiques, en culture. Le cholestérol est nécessaire à la formation de ces radeaux lipidiques GM-1, et les virus qui s'y attachent pénètrent dans la cellule par endocytose.
Ces radeaux GM-1 migrent des zones de lipides désordonnés ou de graisses polyinsaturées.
Le cholestérol est une graisse présente dans les membranes cellulaires de tout le corps et déposée dans les tissus riches en macrophages avec une inflammation chronique. Dans les maladies pulmonaires, les cellules pulmonaires, ainsi que les macrophages, absorbent et sortent le cholestérol. L'étude s'est donc concentrée sur la recherche de la relation entre le potentiel infectieux du virus et la concentration de cholestérol.
Le cholestérol favorise l'entrée virale
Tout d'abord, en utilisant un pseudovirus exprimant la protéine spike (S) du SARS-CoV-2, ils ont chargé du cholestérol dans les cellules cultivées avec la protéine porteuse apoE et le sérum sanguin. La protéine S est responsable de l'entrée virale. Dans la forme liée au cholestérol, la protéine apoE se lie au récepteur LDL de la cellule pour charger le cholestérol dans la cellule. S'il est libre, sa liaison favorise le déchargement du cholestérol de la cellule.
Dans la condition de charge en cholestérol, l'entrée virale a considérablement augmenté de 50%, alors qu'elle était significativement réduite à l'état de déchargement. L'ajout d'un produit chimique d'élimination du cholestérol appelé méthyl-bêta-cyclodextrine (MβCD) à la culture cellulaire a dupliqué l'effet d'inhibition de l'entrée virale du déchargement du cholestérol. Les chercheurs ont conclu que le manque d'entrée du virus avec le déchargement du cholestérol n'est pas dû à un manque de récepteur ACE2, car ce dernier était exprimé à des niveaux élevés normaux en présence à la fois d'apoE et de MβCD.
Après avoir indiqué l'entrée du virus dépendant du cholestérol, ils ont examiné les mécanismes moléculaires sous-jacents. Le cholestérol est essentiel au nombre et à la taille des radeaux GM1 ainsi qu'au mouvement d'entrée et de sortie des protéines dans les radeaux de la membrane cellulaire. Avec une augmentation de ceux-ci, l'entrée virale augmente également.
Le cholestérol facilite une plus grande disponibilité d'ACE2
Le mouvement des récepteurs ACE2 vers le site d'entrée viral augmente également avec la charge de cholestérol. Pour savoir quelle partie du récepteur est localisée dans ces sites de radeau et combien cela varie avec la concentration de cholestérol, ils ont utilisé des anticorps marqués par fluorescence contre l'ACE2 dirigés contre les cellules traitées avec apoE et du sérum et utilisé dSTORM (microscopie optique directe de reconstruction optique) pour acquérir des images de la structure du domaine lipidique à l'échelle nanométrique.
Les chercheurs ont découvert que les récepteurs ACE2 étaient corrélés avec les radeaux lipidiques GM1 plus de 3 fois à l'état chargé de la cellule. L'effet inverse (une réduction de plus de 70% de la localisation des radeaux) a été observé avec l'ajout de MβCD. Ainsi, la charge de cholestérol médiée par l'apoE provoque la localisation de l'ACE2 au point d'entrée virale.
Pourquoi COVID-19 est-il tellement plus dangereux pour les personnes âgées et les malades?
Ce mécanisme de localisation de l'ACE2 dépendant du cholestérol, ainsi que l'entrée du virus, pourrait être la raison pour laquelle COVID-19 est beaucoup plus mortel chez les personnes âgées. Les niveaux de cholestérol tissulaire augmentent avec l'âge en raison de maladies chroniques comme l'athérosclérose et d'autres inflammations aiguës ou chroniques. Ce sont les mêmes conditions qui augmentent la gravité et la probabilité de la maladie symptomatique COVID-19.
Sur la base de ces résultats, les chercheurs proposent que le cholestérol soit essentiel pour l'infection par le SRAS-CoV-2. Un faible taux de cholestérol fournit peu de points d'entrée et réduit leur taille, comme chez les enfants. Cependant, avec le vieillissement, des taux de cholestérol plus élevés entraînent le nombre et la taille des points d'entrée, ce qui explique la probabilité beaucoup plus élevée d'infection.
Les chercheurs ont ensuite tenté de savoir si l'entrée virale réduite était due à une moindre liaison aux récepteurs. Ils ont testé la liaison du virus au domaine de liaison au récepteur (RBD) du récepteur ACE2 sur les cellules de culture, avec et sans addition de MβCD aux cellules. La légère réduction de la liaison RBD due à la présence du produit chimique était insignifiante.
L'étape suivante consistait à découvrir comment l'entrée virale était affectée par l'expression de l'ACE2 et les faibles taux de cholestérol. Ils ont constaté qu'avec des concentrations plus élevées d'ACE2, les récepteurs s'éloignaient du voisinage des radeaux lipidiques GM1, probablement parce que l'excès d'ACE2 migrait vers la région lipidique désordonnée. Bien que le virus s'attache à l'ACE2 dans cette région, il ne peut pas pénétrer dans la cellule, et donc cet état protège contre l'infection, comme on le voit chez les enfants.
Le cholestérol augmente la disponibilité de la furine
Le virus nécessite un amorçage médié par une protéase pour entrer dans la cellule hôte. Dans le SRAS-CoV-2, cela est effectué par la furine, qui a un site de clivage, unique à ce virus, entre les sous-unités S1 et S2 de la protéine S.
Dans le pseudovirus, ce site est clivé dans les cellules qui fabriquent le virus. D'un autre côté, un autre site clive un peptide de fusion et permet au virus de pénétrer dans la membrane de la cellule hôte. Celui-ci est censé être clivé par les protéases TMPRSS2 ou cathepsine.
Pour tester cela, ils ont étiqueté à la fois la furine et le TMPRSS2 avec les radeaux GM1. Ils ont découvert que seule la furine était associée aux radeaux. Dans des conditions de cholestérol bas, cette association a disparu.
Enfin, l'étude révèle également la fixation des résidus de palmitoyle lors de la modification post-traduction. Ces lipides à 16 atomes de carbone se fixent à de nombreuses protéines pour faciliter leur entrée et leur sortie des radeaux lipidiques GM1. L'endodomaine SARS-CoV doit être palmitoylé pour permettre la fusion virale et l'entrée via la protéine S. Tous les sites de palmitoylation considérés comme présents dans ce virus se trouvent également dans le SRAS-CoV-2, avec un de plus, ce qui pourrait indiquer que cette altération favorise la survie du virus.
Mécanismes multiples d'infectivité dépendante du cholestérol
Le modèle montre que dans les régions riches en cholestérol, de plus en plus de radeaux lipidiques GM1 se forment dans la membrane cellulaire en raison de la charge en cholestérol. L'ACE2 pénètre dans le radeau lipidique GM1 et pénètre dans la cellule par endocytose. La protéine de pointe recouvrant la surface du virus se lie à ACE2, tirant éventuellement les lipides GM1 sur le virus et facilitant ainsi l'entrée endosomale.
Dans l'ensemble, par conséquent, l'étude suggère 3 mécanismes distincts qui pourraient expliquer les différences d'infectiosité entre les sous-groupes de population présentant des comorbidités et une inflammation chronique.
Le premier est l'augmentation dépendante du cholestérol du nombre et de la taille des radeaux lipidiques GM1, et donc des points d'entrée pour le virus. Deuxièmement, le récepteur peut accoster dans les sites qui offrent le bénéfice le plus significatif pour l'entrée virale, toujours de manière dépendante du cholestérol. Et troisièmement, les protéases nécessaires à la préfusion d'activation du virus sont également absentes dans des conditions de faible cholestérol.
Chez les enfants, qui ont généralement une entrée virale de surface uniquement plutôt qu'une endocytose à médiation par radeau lipidique, l'entrée virale limitée conduit à une infection bénigne. Un taux de cholestérol réduit encore plus le potentiel infectieux du virus.
Avec un taux de cholestérol plus élevé, la liaison à la RBD s'améliore, ce qui pourrait indiquer l'utilisation préférentielle de l'endocytose par le virus pour l'entrée dans les cellules. L'augmentation de TMPRSS2 est liée à une infectiosité plus élevée. Cependant, si cette protéase est préférée chez les enfants, elle pourrait être inefficace chez les patients plus âgés et plus malades.
En quoi est-ce important pour le traitement COVID-19?
Le fait que la plupart des cultures de cellules pour le SRAS-CoV-2 soient effectuées sans source de cholestérol comme le sérum est vital dans le développement de thérapies pour COVID-19, à la lumière de ces résultats. Il est essentiel de noter qu'un taux élevé de cholestérol dans les tissus et non un taux sanguin élevé est le moteur de l'infectiosité avec ce virus. Cela signifie que les tests actuels de cholestérol sanguin n'indiquent pas toujours le risque réel de maladie grave ou critique.
Un exemple clé de ce paradoxe apparent est la présence d'une inflammation chronique, où le taux de cholestérol dans les tissus est élevé bien que le cholestérol sanguin soit bas. La raison en est que le déchargement du cholestérol dans les tissus est inhibé, tandis que les macrophages le chargent dans les cellules.
L'étude pourrait ainsi contribuer à faire avancer la recherche sur le rôle du cholestérol dans l'infection virale dans COVID-19. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour trouver le rôle d'autres protéines et lipides dans l'environnement membranaire complexe, qui pourraient influencer de manière significative l'entrée du virus et l'infection de la cellule hôte.
*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.
