En utilisant CRISPR / Cas9 et des organoïdes intestinaux humains pour étudier les gènes impliqués dans la biologie du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2), des chercheurs des Pays-Bas ont identifié une sérine protéase spécifique (TMPRSS2) comme une cible thérapeutique attrayante pour le pan-coronavirus. . Leurs découvertes passionnantes sont disponibles dans une étude actuellement disponible sur le bioRxiv * serveur de pré-impression.
La pandémie actuelle de maladie à coronavirus (COVID-19), causée par le SRAS-CoV-2, a révélé de sérieuses faiblesses dans notre préparation aux épidémies et aux pandémies de coronavirus. Plus précisément, il n’y a pas d’antiviraux efficaces contre les coronavirus approuvés pour une utilisation chez l’homme, tandis que les essais de médicaments à grande échelle sur le COVID-19 n’ont pas prouvé leur efficacité – y compris le remdesivir et l’hydroxychloroquine.
Concernant ce dernier, nous manquons d’une compréhension adéquate de la biologie de base des coronavirus, comme en témoigne l’effet clinique décevant de l’hydroxychloroquine chez l’homme. Notre besoin immédiat devrait être l’identification rapide des gènes de l’hôte nécessaires à la réplication virale, car cela nous permettra de générer des interventions thérapeutiques plus rapidement.
Les criblages génétiques sont habituellement effectués dans des lignées cellulaires transformées qui ne représentent pas correctement les cellules virales cibles in vivo, ce qui aboutit à des découvertes qui échouent dans le processus de traduction à la clinique. En outre, des différences substantielles peuvent apparaître entre les lignées cellulaires transformées individuelles.
À l’inverse, alors que les organoïdes intestinaux sont de plus en plus utilisés pour modéliser les maladies humaines (et sont également susceptibles de génie génétique), un groupe de recherche dirigé par le Dr Joep Beumer de l’Académie royale des arts et des sciences des Pays-Bas et du Centre médical universitaire d’Utrecht, aux Pays-Bas, a décidé de les utiliser comme modèles non transformés pour évaluer les gènes impliqués dans la biologie des coronavirus.
Vue d’ensemble du flux de travail de génération de knock-out de gène.
Sommaire
Une utilisation multiforme des organoïdes
Afin de discerner quels facteurs hôtes peuvent être utilisés comme de véritables cibles thérapeutiques anti-coronavirus, nous avons généré des organoïdes intestinaux clonaux mutants pour 19 gènes hôtes précédemment impliqués dans la biologie des coronavirus. Les organoïdes ont également été transfectés pour des expériences CRISPR-Cas9.
«Nous avons choisi de n’utiliser que des organoïdes intestinaux car il n’est actuellement pas possible de modifier génétiquement efficacement les organoïdes des voies respiratoires en raison de la prolifération clonale limitée de ces cellules», expliquent les auteurs de l’étude. «Néanmoins, les organoïdes intestinaux expriment la majorité des facteurs hôtes évalués, y compris les protéases, à un niveau similaire à celui des voies respiratoires», ajoutent-ils.
En outre, ils ont également effectué le séquençage de l’ARN d’organoïdes nasaux tridimensionnels et d’organoïdes des voies aériennes différenciées par interface air-liquide bidimensionnel. Enfin, pour montrer que l’entrée virale se fait par la membrane apicale où se trouve le principal récepteur viral, les chercheurs ont utilisé des organoïdes mécaniquement perturbés et intacts.
La protéase de surface cellulaire TMPRSS2 est la clé de la réplication
Dans cette étude, les chercheurs ont confirmé que l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2) représente le récepteur d’entrée obligatoire du SARS-CoV-2 et du SARS-CoV, alors qu’une glycoprotéine dipeptidyl-peptidase 4 (DPP4) est le récepteur d’entrée du MERS- CoV – indiquant que les récepteurs accessoires peuvent ne pas jouer un rôle crucial pour ces virus.
Surtout, la réplication du SRAS-CoV-2 dans les organoïdes intestinaux ne nécessitait pas les protéases endosomales de la cathepsine B / L mais dépendait de manière caractéristique de la protéase de surface cellulaire TMPRSS2. Cependant, il a été démontré que d’autres membres de la famille TMPRSS n’étaient pas essentiels.
En outre, la nouvelle variante B.1.1.7 du SRAS-CoV-2 UK, ainsi que le SARS-CoV et le MERS-CoV d’origine, dépendaient de la même manière du TMPRSS2, ce qui signifie que cela représente essentiellement une cible pan-coronavirus. La réplication virale a été significativement diminuée dans tous les organoïdes déficients en TMPRSS2.
Modèle des récepteurs d’entrée de l’hôte et des protéases impliquées dans l’entrée du SRAS-CoV-2. Les facteurs hôtes essentiels et non essentiels basés sur les phénotypes des mutants IO sont marqués
Vers l’identification de nouveaux inhibiteurs coronaviraux
Compte tenu de tout, ces résultats impliquent que de nombreux gènes TMPRSS peuvent être capables de médier l’entrée des cellules dans l’état de surexpression; cependant, aux niveaux physiologiques des organoïdes intestinaux, il est clair que seul le TMPRSS2 joue un rôle central, ouvrant la voie au développement potentiel d’inhibiteurs hautement spécifiques du TMPRSS2.
«La forte dépendance au TMPRSS-2 du SRAS-CoV trouvée dans cette étude indique que ces inhibiteurs pourraient bien être efficaces contre les futures pandémies de coronavirus de type SRAS», soulignent les auteurs de l’étude dans ce bioRxiv papier. «L’observation que les souris TMPRSS2 nulles ne présentent pas de phénotype visible implique que de tels inhibiteurs peuvent être bien tolérés», ajoutent-ils.
En conclusion, cette étude souligne l’importance des modèles humains non transformés pour la recherche sur les coronavirus et reconnaît le TMPRSS2 comme une cible thérapeutique très attractive par rapport à une pléthore d’autres gènes (par exemple NRP1, NDST1, cathepsine L et / ou cathepsine B). De plus, les futurs virus émergents pourraient être identifiés rapidement à l’aide de cette biobanque d’élimination du facteur hôte organoïde intestinal pour la découverte rapide de nouvelles thérapies.
*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 / les comportements liés à la santé ou être traités comme des informations établies.
