La pandémie actuelle de maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) a suscité un vif intérêt pour les mécanismes des dommages cellulaires et de la mort des tissus à la suite d’une infection par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2).
Une nouvelle préimpression, disponible sur le bioRxiv* serveur, décrit les différentes manières dont le virus coopte la machinerie de la cellule hôte après l’infection pour échapper ou moduler la réponse immunitaire de l’hôte, modifier le modèle de traduction des protéines virales et la libération de nouvelles particules virales.
Sommaire
Piratage de la cellule hôte
Parmi les changements les plus importants résultant de l’infection par le SRAS-CoV-2 figurent l’utilisation d’organites et de voies synthétiques protéiques pour produire des protéines virales et leur modification post-traductionnelle en brisant les protéines, en créant de nouveaux ponts disulfure, en ajoutant des groupes phosphate, et surtout, glycosylation.
L’importance de la glycosylation
La glycosylation fait référence au trafic de protéines virales nouvellement synthétisées à travers le réticulum endoplasmique (RE) et l’appareil de Golgi, où des glycanes leur sont ajoutés, en particulier des glycanes N-liés. Le niveau de glycosylation et de repliement des protéines est régulé au sein de ces organites.
Ce type de traitement est souvent utilisé pour échapper à la réponse immunitaire de l’hôte en empêchant la reconnaissance du virus par l’hôte ; pour améliorer la liaison virus-récepteur; augmenter l’infectiosité virale et la libération de la cellule; et augmenter la virulence ainsi que favoriser la libération de virions. Cela en fait une cible thérapeutique antivirale évidente et importante.
Par exemple, si le repliement des glycoprotéines est perturbé en inhibant la glycosylation liée à N, ou simplement si le niveau de glycosylation est directement modifié, l’infection par le SRAS-CoV-2 pourrait être ciblée.
Deuxièmement, la synthèse de protéines virales non régulée par la machinerie cellulaire détournée peut rapidement dépasser la capacité du RE à replier correctement les protéines. Le niveau élevé de protéines dépliées induit un stress du RE, qui à son tour déclenche des voies compensatoires appelées réponse protéique dépliée (UPR).
Les protéines virales sont glycosylées, en particulier la protéine de pointe SARS-CoV-2 jusqu’à 35% de sa composition. Cela affecte l’infectiosité et la sensibilité à la neutralisation immunitaire. Le traitement des compartiments ER et Golgi permet à la cellule d’inhiber la glycosylation et peut-être de supprimer la maturation, régulant ainsi l’assemblage du virion.
La protéine SARS-CoV-2 ORF8 (cadre de lecture ouvert 8) du virus interagit également avec plusieurs protéines ER, interférant avec la libération d’interféron-I et entravant ainsi l’immunité antivirale.
Réponse protéique dépliée
Le résultat de l’UPR est une rétroaction négative sur la synthèse des protéines, une amélioration de la capacité de repliement du RE et un détournement des protéines mal repliées pour être décomposées dans les protéasomes. Il comprend trois voies de signalisation initiées par les trois capteurs protéiques IRE1, PERK et ATF6.
L’activation d’IRE1 entraîne la régulation à la hausse des gènes impliqués dans la réponse au stress du RE, tandis que l’activation de PERK entraîne la phosphorylation. Ceci, à son tour, active d’autres facteurs transcriptionnels qui conduisent à l’expression d’ATF4 à des niveaux plus élevés. Le résultat est de réduire la synthèse des protéines tout en induisant d’autres facteurs de transcription liés à l’UPR.
La libération d’ATF6 par la membrane du RE est suivie d’un clivage au sein de l’appareil de Golgi. La forme activée améliore l’expression des gènes codant pour le chaperon ER et d’autres gènes nécessaires à la dégradation des protéines dépliées.
En combinant l’analyse du profil protéique complet de la cellule hôte infectée avec celui des protéines microsomales et des protéines déglycosylées, les chercheurs ont découvert qu’en effet, le SRAS-CoV-2 induit un stress sur le RE conduisant à une UPR ainsi qu’à une réduction de la glycosylation au sein de l’hôte cellule.
Ces réponses se produisaient déjà 2 heures après l’infection (hpi), indiquant que les glycoprotéines de l’hôte subissaient un remodelage. La majorité des protéines du protéome de l’hôte étaient régulées à la baisse à 48 hpi, tandis que les protéines virales augmentaient considérablement en abondance, reflétant la réplication virale.
Apoptose des cellules infectées via UPR
Inversement, les protéines liées à l’apoptose telles que la caspase-3 clivée étaient plus élevées, avec des taux accrus de repliement des protéines, à ce stade ou même plus tôt. Les marqueurs du stress oxydatif ont également augmenté, malgré une augmentation précoce de l’activité antioxydante dans la cellule infectée. Cependant, toutes les lignées cellulaires n’ont pas montré des taux égaux d’apoptose, indiquant qu’elles entrent dans ces voies de signalisation cellulaire à des taux différents. Cela pourrait être dû au fait que la cellule hôte active simultanément des réponses homéostatiques améliorées pour rester viable.
Il a également été confirmé que l’UPR était due à une infection virale, médiée par le stress du RE dans ces cellules. L’apoptose est due à cette voie, ainsi qu’à la signalisation médiée par NRF2.
Ainsi, l’infection a réduit la synthèse des protéines à tous les moments, à l’exception d’une augmentation précoce à 6 hpi.
Quelles sont les implications ?
Ces résultats reflètent ceux d’études antérieures indiquant que l’activation induite par le virus des voies UPR améliore l’expression des chaperons du RE, facilitant ainsi l’infection. Le stress du RE active les voies de l’apoptose et peut également provoquer une augmentation du stress oxydatif par les espèces réactives de l’oxygène, médiées par des cytokines pro-oxydantes telles que le facteur de nécrose tumorale (TNF). Le résultat final est la mort cellulaire à un stade ultérieur de l’infection, à 48 hpi.
Les patients atteints de COVID-19 gravement compliqué présentent des marqueurs de stress du RE tels que le PERK phosphorylé dans leur tissu pulmonaire. Cela se produit également dans les cellules rénales et hépatiques. Plus le niveau transcriptionnel du RE est élevé, plus la survie du patient est longue.
Le rôle clé joué par le stress aux urgences et l’UPR indique leur importance en tant qu’approche thérapeutique pour la pandémie de COVID-19.
Ces données soulignent l’importance du stress du RE et de la modulation UPR en tant que mécanisme de régulation de l’hôte pendant l’infection virale et pourraient indiquer de nouvelles cibles thérapeutiques», concluent les chercheurs.
*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, orienter la pratique clinique/le comportement lié à la santé, ou traités comme des informations établies.
