Une nouvelle étude intéressante jette un flot de lumière sur la façon dont le virus du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2) accomplit sa mission d’infecter et de se répliquer dans les cellules hôtes tout en évitant la réponse immunitaire de l’hôte. L’étude, publiée en pré-impression sur le bioRxiv * serveur en novembre 2020, montre comment le virus supprime non seulement la traduction des protéines cellulaires, mais augmente le taux de dégradation des acides ribonucléiques messagers cellulaires (ARNm) qui défendent l’hôte contre le virus.
Nouveau coronavirus SARS-CoV-2 Micrographie électronique à balayage colorisée d’une cellule apoptotique (bleue) infectée par des particules de virus SARS-COV-2 (rouge), isolée à partir d’un échantillon de patient. Image prise au centre de recherche intégré (IRF) du NIAID à Fort Detrick, Maryland. Crédit d’image: NIAID / Flickr
Le virus a un génome d’acide ribonucléique (ARN) simple brin d’environ 30 kb, qui code pour deux polyprotéines sur deux cadres de lecture ouverts, ORF1ab. Ceux-ci sont traduits en peptides qui sont finalement clivés en 16 protéines virales fonctionnelles. Ce sont les protéines non structurales (nsps) comme l’ARN polymérase ARN-dépendante (RdRp), qui médie la transcription de l’ARN sous-génomique dans la même séquence de tête 5 ‘mais différents segments de l’extrémité 3’ du génome de l’ARN viral.
Ces différents segments d’ARN sous-génomique codent pour les protéines virales structurales telles que les protéines de pointe (S) et de nucléocapside (N), ainsi que des protéines accessoires. Ces protéines ne peuvent être traduites à partir de l’ARN sous-génomique que par le propre appareil de traduction de la cellule, qui est détourné par le virus à ses propres fins. Le virus maintient simultanément la réponse immunitaire de l’hôte à distance.
Premièrement, la cellule infectée utilise la voie de l’interféron (IFN). La cellule infectée détecte la présence de transcrits d’ARN viral et répond en favorisant l’entrée de facteurs de transcription dans le noyau pour induire la production d’IFN de type I. Celles-ci se lient à leurs récepteurs sur les mêmes cellules et d’autres pour augmenter la force du signal, provoquant ainsi la sécrétion de centaines de gènes stimulés par l’IFN (ISG) qui entravent la réplication virale à différents points.
On pense que les IFN sont très importants dans le processus pathologique suivant une infection par le SRAS-CoV-2. L’étude actuelle visait à produire une image de la façon dont le virus interfère avec la traduction de la cellule hôte, en utilisant le séquençage de l’ARN et le profilage ribosomal pour surveiller simultanément la production d’ARN (transcription) et la synthèse des protéines (traduction). L’expérience a été réalisée en double pour garantir la reproductibilité des résultats.
Sommaire
Inhibition globale de la traduction des protéines
Le SARS-CoV-2 est unique dans le degré d’inhibition de la signalisation IFN. Cela se produit en arrêtant la synthèse des protéines de l’hôte, principalement par la nsp1 virale. Cela empêche la traduction en se liant au ribosome 40S, fermant le canal d’entrée de l’ARNm des ribosomes. Étant donné que moins de ribosomes sont disponibles pour la traduction, il y a une réduction globale de la synthèse des protéines.
3 heures après l’infection, l’ARNm viral a été traduit avec le même type d’efficacité que l’ARNm de l’hôte (efficacité de traduction similaire, TE). À 8 heures après l’infection, TE a été décalé de manière significative pour inhiber les transcriptions virales. Cette efficacité de traduction réduite peut-être parce que certains ARNm viraux ne sont pas disponibles pour la traduction, étant enfermés dans les compartiments à double membrane dans lesquels la réplication se produit.
Cette réduction de TE était centrée sur les ORF à l’extrémité 3 ‘mais pas ceux du milieu, tandis que ceux à l’extrémité 5’ avaient une augmentation de leur TE par rapport aux autres. L’UTR 5 ‘étant le même pour tous ces ORF, ceci peut être dû soit à une longueur différente des transcrits viraux, soit à une fonction de l’UTR 3’.
En utilisant un indicateur pour mesurer les niveaux de synthèse des protéines naissantes, les chercheurs ont constaté que dans l’ensemble, la traduction était déjà réduite 3 heures après l’infection, diminuant davantage avec le temps jusqu’à ce qu’elle ne soit plus que normale à 50%. Cependant, l’ARN total est resté inchangé, tout comme l’ARN ribosomal (ARNr).
À 8 heures après l’infection, la quantité d’ARNm cellulaire et viral (indiquant la transcription) dépassait celle de l’ARNr (indiquant la traduction), en raison d’une transcription virale élevée. Dans le même temps, l’ARNm cellulaire a été réduit de moitié. Certains ARNm cellulaires, cependant, étaient à des niveaux plus élevés, y compris ceux liés à la réponse immunitaire comme la signalisation TLR, les chimiokines et les cytokines telles que IL6 et IL8, ainsi que plusieurs ISG.
La traduction des transcriptions induites est altérée pendant l’infection. (A) Carte thermique présentant les TE relatifs, l’ARNm et les empreintes (FP) des gènes humains qui ont montré les changements les plus significatifs dans leur TE relative le long de l’infection par le SRAS-CoV-2. Les taux d’expression relatifs sont affichés après le partitionnement du cluster en fonction des changements des valeurs TE relatives. (B) Nuage de points présentant les niveaux de transcription cellulaire dans les cellules non infectées par rapport à 8hpi. Les gènes sont colorés en fonction du changement relatif de leur TE entre non infecté et 8hpi. Les cytokines centrales et les gènes stimulés par l’IFN sont marqués. (C) Un modèle de la façon dont le SRAS-CoV-2 supprime l’expression du gène hôte grâce à une approche à plusieurs volets: 1. Réduction de la traduction globale; 2. Dégradation des ARNm cellulaires cytosoliques; 3. Inhibition de la traduction spécifique des ARNm cellulaires nouvellement synthétisés.
Ainsi, la synthèse des protéines de l’hôte a été interrompue par une «réduction générale de la capacité de traduction des cellules infectées et une réduction des niveaux de la plupart des ARNm cellulaires».
Dégradation des transcriptions cellulaires cytosoliques
Les transcriptions cellulaires qui ont été réduites étaient pour la plupart cytosoliques, plutôt que nucléaires, en particulier ceux qui étaient traduits. Les transcriptions mitochondriales ont également été relativement épargnées. Les scientifiques ont observé que la nsp1 virale non seulement arrête la traduction des cellules hôtes à grande échelle, mais accélère la dégradation des ARNm cellulaires. Ils ont également constaté que ce renouvellement accru des transcriptions cellulaires matures entraîne une réduction des lectures exoniques à un taux plus élevé par rapport aux lectures introniques.
L’ARN viral transcrit à partir de son génome résiste à cette dégradation, probablement protégé par leurs régions 5 ‘UTR. Cette découverte est importante, dans la mesure où des études antérieures ont montré que le 5 ‘UTR viral aidait les ARNm viraux à être traduits plus efficacement en évitant l’inhibition globale de la traduction. Les expériences actuelles ont montré que l’augmentation des ARNm viraux n’était pas due à la traduction préférentielle de l’ARN viral dans les cellules infectées, mais plutôt à la réfractarité médiée par 5’-UTR de ces ARNm à la dégradation induite par nsp1.
La teneur totale en ARNm était composée d’environ 90% d’ARN viral et de seulement 10% d’ARNm cellulaire. Cependant, au niveau ribosomal, seul un tiers de l’ARN lié à ces organites (indiquant une traduction active en protéines) comprenait de l’ARNm viral. L’effet est que les produits de traduction virale deviennent dominants dans le pool d’ARNm au sein de la cellule.
Inhibition de la traduction spécifique des ARNm nouvellement transcrits
Enfin, le virus inhibe préférentiellement la traduction des gènes induits par l’infection, y compris ceux concernés par l’immunité innée. Par conséquent, malgré l’augmentation de l’ARN, son incapacité à obtenir une augmentation de la traduction peut expliquer l’échec de la réponse IFN.
Les chercheurs ont conclu que le virus exerce «une domination sans précédent»Sur le type de transcription et de traduction qui se produit après l’infection d’une cellule hôte. Ils disent: «La perturbation de la production de protéines cellulaires à l’aide de ces trois composants peut représenter un mécanisme à plusieurs volets qui agit en synergie pour supprimer la réponse antivirale de l’hôte.»
D’autres facteurs comme ORF6, qui perturbe le transport des molécules du noyau vers le cytosol, peuvent également aider à supprimer les gènes de la réponse antivirale, qui, bien que transcrits à des niveaux plus élevés dans le noyau, ne peuvent induire une réponse antivirale efficace sans être exportés vers le cytosol .
*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 être traités comme des informations établies.
