Le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) a provoqué un bouleversement majeur du bien-être sanitaire, sociétal et économique du monde entier pendant plus de deux ans, suite à son émergence inattendue en décembre 2019.
Ce bêta-coronavirus subit une transcription dans la cellule hôte, donnant naissance à de multiples polyprotéines qui sont clivées par des protéases virales pour donner des protéines structurelles et non structurelles.
Une nouvelle étude explore le rôle de la protéine non structurelle 1 (NSP1) dans l’infection et la pathogenèse du SRAS-CoV-2.
Introduction
Les virus sont des parasites intracellulaires obligatoires et détournent la machinerie de la cellule hôte pour traduire leur propre code génétique en protéines afin de conduire d’autres étapes de réplication et de propagation de l’infection. En règle générale, ils arrêtent la traduction de la protéine hôte, également appelée «arrêt de l’hôte». Cela pourrait aider à prendre le contrôle de la cellule en détournant la machinerie de traduction des protéines de l’acide ribonucléique messager cellulaire (ARNm) vers les ARNm viraux, tout en aidant simultanément à échapper à la réponse immunitaire de la cellule hôte ciblant le virus.
De nombreuses stratégies sont utilisées par les virus pour obtenir l’arrêt de l’hôte, y compris le blocage direct de la traduction, ainsi que des méthodes indirectes telles que la perturbation de la transcription et le trafic d’ARNm du noyau vers le cytoplasme, et l’induction de la dégradation de l’ARNm. En particulier, les coronavirus (CoV) ont été étudiés pour cet aspect.
Les auteurs de cette étude avaient déjà montré que les trois mécanismes énumérés ci-dessus sont opérationnels dans l’infection par le SRAS-CoV-2. Fait intéressant, NSP1 est le facteur d’arrêt de l’hôte le mieux compris et est également crucial dans la pathogenèse des bêtaCoV.
Il a été démontré dans des expériences antérieures que le NSP1 de l’agent pathogène SARS-CoV antérieur bloquait la traduction de la protéine hôte via un certain nombre de mécanismes, notamment le blocage du canal d’entrée de l’ARNm, la suppression de l’exportation des ARNm cellulaires et l’amélioration de la dégradation de l’ARNm cellulaire. Ce dernier n’affecte pas les protéines virales en raison des séquences leader en 5′, bien que les interactions entre chacun de ces processus puissent entraîner des effets indirects sur chacun des autres.
Dans l’article actuel, publié dans la revue Rapports de celluledes mutants NSP1 ont été surexprimés pour comprendre comment cette protéine affecte l’expression des gènes cellulaires.
Résultats
Les chercheurs ont découvert que NSP1 agit sur la cellule hôte en augmentant le taux de dégradation des ARNm cellulaires, tout en bloquant la traduction des protéines hôtes en même temps. La NSP1 de type sauvage provoque un clivage endonucléolytique des ARNm cellulaires, les prédisposant à leur dégradation. Ces deux processus semblent dépendre de la liaison des ribosomes par le NSP1, comme c’est le cas avec le SRAS-CoV.
De plus, le mutant NSP1 a conservé la capacité de bloquer la traduction de l’ARN hôte, mais a perdu sa capacité à accélérer la dégradation de l’ARN, indiquant que ces deux processus se produisent distinctement. NSP1 semble également inhiber sa propre expression.
NSP1 interagit également avec la protéine NXF1 via sa région N-terminale, provoquant une interférence avec l’exportation de l’ARNm nucléaire. L’emplacement de cette interaction semble indiquer qu’elle est indépendante de la liaison ribosome-NSP1 décrite précédemment. Autrement dit, NSP1 est « est capable de cibler trois étapes distinctes dans la voie de biogenèse de l’ARNm.”
Une autre découverte était que NSP1 induit la dégradation de l’ARN cytosolique dans les cellules infectées, comme indiqué par une diminution majeure des demi-vies des transcrits cytoplasmiques liés au ribosome, par rapport aux transcrits nucléaires. Ceci n’est pas lié à la suppression de l’exportation d’ARN nucléaire.
L’induction d’un mutant NSP1, avec la suppression des acides aminés 155 à 165, n’a pas réduit l’expression de la protéine, mais le mutant a semblé montrer une liaison plus forte aux protéines d’exportation d’ARN nucléaire. Cependant, lorsque les virus SARS-CoV-2 de type sauvage et mutant ont été autorisés à infecter des cellules avec une réponse antivirale à l’interféron (IFN) en fonctionnement, le virus mutant a montré une croissance atténuée par rapport à l’autre, sur une période d’observation prolongée.
L’expression réduite des gènes viraux pourrait peut-être être le résultat de l’interférence de NSP1 avec la réponse à l’interféron, puisque les gènes stimulés par l’IFN (ISG) étaient plus fortement induits dans les cellules infectées par les mutants que dans les cellules infectées de type sauvage. C’est-à-dire que l’inhibition de la croissance des cellules infectées par les mutants a été causée par la force accrue de la réponse IFN antivirale de type I, comme en témoignent les taux de protéines IFNꞵ plus élevés par rapport à ceux des cellules infectées par le virus de type sauvage.
Encore une fois, le ruxolitinib, un inhibiteur sélectif de JAK-STAT, qui supprime les voies de l’IFN, a sauvé le virus mutant de son blocage de la réplication.
Ces résultats démontrent qu’une réponse IFN améliorée dans les cellules infectées par CoV2-mut est responsable de sa propagation altérée.”
L’étude a également montré que NSP1 est le principal moteur de l’arrêt de l’hôte suite à une infection par le SRAS-CoV-2, via son engagement avec les ribosomes. Les gènes viraux ont également montré une faible efficacité de traduction (TE), comparable à celle de l’extrémité inférieure des gènes cellulaires. On pensait que cela était peut-être dû au cloître de grandes quantités d’ARN viral dans les compartiments de réplication où les ribosomes ne pouvaient pas y accéder.
Les TE des gènes viraux ont été en outre impactés par la présence de la mutation dans NSP1, indiquant que la NSP1 de type sauvage augmente la synthèse des protéines virales via son engagement ribosomique. Pourtant, les niveaux de traduction des protéines sont réduits d’un facteur quatre dans les cellules infectées par le type sauvage par rapport aux cellules infectées par des mutants. Cela suggère fortement que le mutant NSP1 donne des niveaux de traduction comparables ou supérieurs par rapport à la protéine de type sauvage.
Le mutant NSP1 permet de produire de l’ARN viral à des niveaux inchangés, mais sans arrêt de l’ARN hôte. Cependant, les transcriptions cytosoliques se sont avérées réduites plus fortement avec le virus de type sauvage par rapport aux mutants NSP1. La demi-vie de ces transcrits cytosoliques était également plus faible. Cela indique une dégradation dépendante de NSP1 des transcrits cellulaires, médiée par la liaison NSP1-ribosome.
Ceci est soutenu par l’augmentation des lectures introniques avec l’infection par le SRAS-CoV-2 de type sauvage par rapport à l’infection mutante, attribuable au taux plus élevé de dégradation des ARN cytosoliques matures après l’infection.
Invivo des études sur le hamster ont également montré que le mutant NSP1 n’entraînait pas de perte de poids marquée après l’infection, contrairement au virus de type sauvage, indiquant le rôle pathogénétique clé de la protéine. Moins d’une semaine après l’infection, le poids corporel a chuté de manière significative, tandis que les titres viraux dans les poumons et la muqueuse nasale étaient plus élevés, chez les personnes infectées par le virus de type sauvage par rapport au mutant. Comme prévu, les ISG ont été régulés positivement dans les poumons de ces derniers et les ARN cytosoliques ont été exprimés à des niveaux inférieurs.
Conséquences
Cette étude frappante met en évidence le rôle central de NSP1 dans l’arrêt de la synthèse des protéines suite à une infection par le SRAS-CoV-2 et révèle trois mécanismes d’action clés. Parmi ceux-ci, la dégradation de l’ARN et l’inhibition de la traduction semblent être le résultat de son interaction avec les ribosomes, alors qu’en revanche, son inhibition de l’exportation d’ARN nucléaire est indépendante de la liaison aux ribosomes.
Les gènes viraux échappent à l’inhibition dépendante de NSP1 de la traduction des ARNm viraux et cellulaires. Cependant, ces derniers étant décomposés par NSP1, les ribosomes disponibles traduisent désormais uniquement les ARN viraux. Alternativement, ou en plus, les ARNm viraux pourraient résister à la suppression par NSP1 en raison du changement conformationnel qu’ils induisent dans cette protéine après la liaison, libérant le canal d’entrée du ribosome.
L’arrêt de l’hôte peut améliorer la propagation virale, à la fois en augmentant la traduction des protéines virales et en supprimant la réponse antivirale de la cellule hôte. Les résultats de cette étude indiquent que cette dernière est la plus importante des deux actions, puisque la réponse IFN antivirale de type I et l’augmentation de la réponse ISG, dans les cellules infectées et les hamsters, ont conduit à l’atténuation de la croissance du virus mutant, même sans arrêt de l’hôte.
Dans l’ensemble, nos données établissent que nsp1 est un facteur majeur d’évasion immunitaire du SRAS-CoV-2.”
