Un article récent publié sur bioRxiv* Le serveur de préimpression a illustré que l’activation de la voie de signalisation Hippo lors d’une infection par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) facilite la réponse antivirale de l’hôte.
Étude : L’activation de la voie de signalisation de l’hippopotame pendant l’infection par le SRAS-CoV-2 contribue à la réponse antivirale de l’hôte. Crédit d’image : NIAID
Sommaire
Arrière-plan
Le SRAS-CoV-2 est un bêtacoronavirus zoonotique qui ressemble aux virus de type SRAS-CoV trouvés chez les chauves-souris. La maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) causée par le SRAS-CoV-2 entraîne une insuffisance respiratoire et une altération de divers systèmes organiques. En outre, l’émergence de variants mutés du SRAS-CoV-2 augmente la probabilité d’échec du vaccin COVID-19 et de prolongation de la pandémie de COVID-19, entraînant près de 500 millions de cas et plus de six millions de décès dans le monde.
Le SRAS-CoV-2 détourne les voies de signalisation cellulaire de l’hôte et la machinerie pour la réplication virale. Néanmoins, les fondements moléculaires de l’infection et de la pathogenèse du SRAS-CoV-2 sont mal compris. De plus, la connaissance approfondie des voies moléculaires des circuits de signalisation dérégulés pourrait conduire à de nouvelles cibles de traitement du SARS-CoV-2.
Les auteurs du présent travail ont précédemment révélé les voies essentielles de la réplication du SRAS-CoV-2, y compris les voies de réponse aux dommages de l’acide désoxyribonucléique (ADN) (DDR), à l’aide d’une bibliothèque d’inhibiteurs de kinase.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont émis l’hypothèse et évalué si l’architecture cellulaire conservée de la voie de signalisation Hippo avait un rôle dans le contrôle de la multiplication du SRAS-CoV-2 et de la pathogenèse du COVID-19. Cela était dû à 1) l’implication de la voie de signalisation Hippo dans la réponse immunitaire, l’inflammation et la croissance des tissus et 2) la nature complexe des mécanismes d’immunopathogenèse liés au SRAS-CoV-2 et des lésions cellulaires.
Les auteurs ont utilisé des échantillons de poumons infectés par le SRAS-CoV-2, des cultures d’interface air-liquide pulmonaire primaire humaine (ALI) et des modèles de cellules humaines centrés sur des cardiomyocytes dérivés de cellules souches pluripotentes (PSC-CM) pour les expériences.
Les chercheurs ont d’abord effectué l’évaluation transcriptomique des ensembles de données de séquençage de l’acide ribonucléique (ARN-seq) d’échantillons pulmonaires de cinq patients atteints du SRAS-CoV-2 pour explorer l’effet physiopathologique du COVID-19 sur le système de signalisation Hippo. Les auteurs ont étudié l’état de phosphorylation de la protéine associée à Yes (YAP) et du coactivateur transcriptionnel avec la protéine de densité postsynaptique (PSD95), le suppresseur de tumeur du disque de drosophile (Dlg1) et la protéine zonula occludens-1 (zo-1) (PDZ) – motif de liaison (TAZ) chez les patients atteints du SRAS-CoV-2 et les poumons témoins.
La surface apicale des cultures ALI a été infectée par le SRAS-CoV-2 pour évaluer l’impact de l’infection virale sur le système Hippo à un degré post-traductionnel. Les souches parentales du SARS-CoV-2 du Biodefense and Emerging Infections Research Resources Repository (BEI Resources) ont été utilisées pour des expériences d’infection à l’Université de Californie, Los Angelis (UCLA) dans une installation à haut confinement de niveau de biosécurité 3 (BSL3). En outre, le système de signalisation Hippo dans la lignée cellulaire épithéliale des voies respiratoires humaines cultivées 3 (Calu-3) pendant l’infection par le SRAS-CoV-2 avec la variante Delta préoccupante (VOC) et les souches parentales a été évalué.
L’infection par le SRAS-CoV-2 active les voies Hippo et antivirales STAT dans les hPSC-CM. (A) L’analyse d’image confocale des cardiomyocytes infectés par le SRAS-CoV-2 (rouge) montre des dommages importants aux cellules positives cTNT (vertes), qui subissent la mort cellulaire apoptotique (verte ; caspase 3 clivée). Barre d’échelle 5 μm. n=6 expériences indépendantes. (B) Les analyses Western blot montrent l’activation des voies Hippo et STAT1. Le niveau de Phospho-YAP127 est augmenté à 2 et 24 hpi lors de l’infection par le SARS-CoV-2. N=2 expériences indépendantes. (C) L’analyse immunohistochimique des PSC-CM infectés par le SRAS-CoV-2 à 24 hpi révèle la localisation cytoplasmique de YAP/TAZ et (D) l’augmentation du niveau de pYAP127. Barre d’échelle 25 μm.
Résultats et discussions
Les résultats de l’étude ont montré que pendant l’infection par le SRAS-CoV-2, 45 gènes de la voie Hippo étaient contrôlés de manière différentielle, parmi lesquels 33 gènes étaient régulés positivement, très probablement en raison de la réponse antivirale de l’hôte. Un coactivateur transcriptionnel de la voie de signalisation Hippo en aval et un homologue de la protéine associée à Yes (YAP), WWTR1/TAZ, ont été significativement régulés à la baisse dans le COVID-19.
Des génomes du SRAS-CoV-2 ont été détectés dans les poumons infectés par le virus. De plus, les poumons des patients COVID-19 ont démontré un niveau supérieur de phospho-YAP en position Serine 127 (Ser127) et une infiltration cellulaire inflammatoire par rapport aux poumons témoins. Les niveaux accrus de phospho-YAP à Ser127 dans les échantillons de protéines ont été obtenus trois et six jours après l’infection (dpi), indiquant la stimulation de la voie de signalisation Hippo dans COVID-19. Les auteurs ont également observé une stimulation concomitante de la réponse immunitaire innée, illustrée par une augmentation de la phospho-TANK-binding kinase 1 (TBK1) au niveau de Ser172.
Les cultures ALI pulmonaires infectées par le SRAS-CoV-2 ont montré que les cellules sécrétées par le mucus et les cellules ciliées étaient infectées à six jours par pouce. Les infections SARS-CoV-2 Delta et parentales dans les cultures de cellules Calu-3 ont entraîné une élévation du phospho-YAP à Ser127. De plus, les grappes de protéines phospho-YAP (Ser127) ont développé des structures ponctuées dans le cytoplasme, probablement pour une dégradation potentielle dans les autophagosomes.
Une voie de signalisation Hippo active a été observée dans les systèmes de cardiomyocytes infectés par le SARS-CoV-2. De plus, les auteurs ont trouvé la preuve de l’activité provirale de YAP/TAZ et de l’efficacité antivirale de la kinase LATS1 (large tumor suppressor 1).
De plus, les résultats ont indiqué que l’inhibition pharmacologique des kinases stériles de type 20 de mammifère 2 et 1 (MST2/1) améliore la vulnérabilité des cellules pulmonaires et cardiaques au COVID-19. Par conséquent, les mutations de perte de fonction LATS1/2 ou MST1/2 pourraient probablement augmenter la sensibilité au COVID-19 chez l’homme.
Il convient de noter que le traitement à la vertéporfine, un inhibiteur pharmacologique de YAP, a entraîné une diminution des taux de protéines YAP/TAZ et de la multiplication du SRAS-CoV-2 48 heures après l’infection dans les cellules Calu-3 par rapport aux cellules traitées avec le véhicule.
Collectivement, les données indiquent que la signalisation Hippo a une fonction antivirale directe dans l’infection par le SRAS-CoV-2 et sa pathogenèse, qui pourrait être traitée de manière thérapeutique.
Knockdown médié par le ShRNA et modulation pharmacologique de la réplication du SRAS-CoV-2. (A) L’analyse IHC de l’inactivation médiée par le shRNA des shARN spécifiques de YAP1 et LATS1 a montré une réplication efficace ou accrue du SARS-CoV-2 (vert) par rapport au contrôle du shRNA, respectivement dans les hPSC-CM. Barre d’échelle 50 μm. (B) Analyse par Western blot de l’inactivation médiée par le shRNA de l’expression respective des protéines YAP1 et LATS1. (Con: contrôle shRNA). (C) Les images IHC de XMU-MP-1 (inhibiteur de MST1/2) et de hPSC-CM traités par véhicule sont présentées. Remarque : XMU-MP-1 a augmenté la réplication du SRAS-CoV-2 (vert) dans le hPSC-CM. (D) Les graphiques illustrent la quantification des cellules positives pour le SRAS-CoV-2 dans les HPSC-CM infectés respectivement aux panneaux A et C. Test T de Student. **P >0,001. n=2 expériences indépendantes. (E) Les images IHC montrent la protéine YAP/TAZ (vert) et le Spike SARS-CoV-2 (rouge) dans les cellules Calu-3. Notez que les cellules Calu-3 traitées par l’inhibiteur MST1/2 ont un nombre plus élevé de cellules infectées. L’encart et l’astérisque blanc survolent les cellules infectées montrant l’épuisement de YAP/TAZ. Barre d’échelle : 25 μm. Barre d’échelle en médaillon 10 μm. (F) Analyse Western blot des cellules Calu-3 traitées avec la vertéporfine (1μM) et l’infection par le SARS-CoV-2. Le traitement médicamenteux a entraîné une réduction de l’infection par le SRAS-CoV-2. Le graphique montre la mesure du titre viral (TCID50/ml) du surnageant de culture Calu-3 infecté et traité (données représentatives de deux expériences indépendantes) (G) Schéma de principe de notre modèle hypothétique intégrant les voies de signalisation Hippo et TBK1 pendant la préinfection (Hippo off ) et les états d’infection par le SARS-CoV-2 (Hippo on). c-GAS, GMP-AMP synthase cyclique; IKKe, inhibiteur de la sous-unité epsilon du facteur nucléaire kappa B kinase; MAVS, protéine de signalisation antivirale mitochondriale ; RIG-I, protéine du gène I inductible par l’acide rétinoïque ; STING, stimulateur de la réponse à l’interféron cGAMP interactor 1 ; TEAD, facteurs de transcription du domaine TEA.
conclusion
Les résultats de l’étude ont révélé que la voie de signalisation Hippo conservée au cours de l’évolution joue un rôle vital dans la pathogenèse de l’infection par le SRAS-CoV-2. Dans le in vitro cultures et poumons, l’infection par le SRAS-CoV-2 a activé le système de signalisation Hippo. La voie Hippo a été stimulée à la fois par le SARS-CoV-2 Delta VOC et les infections de la souche parentale. De plus, la réplication du SRAS-CoV-2 a été considérablement stimulée après l’inactivation du gène et l’inhibition chimique des kinases en amont LATS1 et MST1/2, marquant leurs fonctions antivirales. La vertéporfine, un inhibiteur pharmacologique de YAP, le transactivateur en aval de la voie Hippo, a considérablement entravé la réplication du SARS-CoV-2.
Notamment, les chercheurs ont déclaré que 1) d’autres expériences mécanistes sont nécessaires pour délimiter la base de la fonction de la voie Hippo dans les réponses antivirales aux virus à ARN et 2) des évaluations précliniques de l’efficacité et de l’innocuité des animaux du traitement par la vertéporfine pour l’infection par le SRAS-CoV-2 sont nécessaires dans l’avenir.
Dans l’ensemble, le présent travail a montré que la signalisation Hippo a une fonction antivirale directe dans l’infection par le SRAS-CoV-2 et a offert une nouvelle option pour cibler pharmacologiquement cette voie pour traiter le COVID-19.
*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.