SARS-CoV-2 ORF9c responsable de l’évasion immunitaire virale

La pandémie actuelle de COVID-19 comprend un spectre complet de cas allant des patients gravement malades ou en phase terminale aux cas asymptomatiques, qui constituent la grande majorité. Dans les cas plus graves, on pense que la dérégulation immunitaire joue un rôle clé. Une étude récente menée par des chercheurs du Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute et de l’Université de Californie à San Francisco et publiée sur le serveur de pré-impression bioRxiv * en août 2020 montre qu’une protéine codée par la séquence sous-génomique ORF9c du SARS-CoV-2 est responsable de la faible réponse antivirale chez l’homme infecté, permettant la réplication réussie du virus chez l’hôte. Cela pourrait conduire à une inhibition réussie des mécanismes d’évasion immunitaire virale.

Analyse bioinformatique de l’ORF9c

L’étude a utilisé la protéomique, l’interactome et l’analyse transcriptionnelle via des outils bio-informatiques, pour examiner les effets de cette petite protéine de 73 résidus. Des recherches antérieures ont montré que ces mécanismes d’évasion virale sont une cible de choix pour une intervention thérapeutique, pour permettre au système immunitaire de l’hôte d’éliminer le virus plus efficacement. La plupart des vaccins candidats actuels visent à inhiber l’entrée virale via la protéine de pointe, tandis que le remdesivir, un médicament anti-SRAS-CoV-2 approuvé, cible la réplication et l’assemblage viraux.

L’étude actuelle se penche sur la protéine virale accessoire ORF9c, qui a été démontrée par des études antérieures de protéomique et d’interactome pour affecter la façon dont la cellule hôte fonctionne à travers de nombreuses voies de signalisation cellulaire. Il s’agit notamment de la signalisation immunitaire via les interférons (IFN) et les interleukines (IL). Cette protéine maintient la structure des organites impliqués dans la réplication virale ainsi que le virus lui-même, et les chercheurs montrent ici que sa seule expression altère les réseaux cellulaires de sorte que le résultat simule étroitement une infection virale à part entière.

ORF9c code la protéine transmembranaire instable

La protéine ORF9c est une protéine très instable, partagée avec le SRAS-CoV, ce qui indique qu’elle joue un rôle dans la cause de la maladie. Les études de phylogénie et d’alignement des séquences montrent que différents coronavirus ont des variants mutants de la protéine, le plus proche étant le coronavirus de chauve-souris ORF14.

L’analyse de la protéine prédit qu’elle a une séquence transmembranaire au niveau de la région C-terminale, contrairement au SARS-CoV. Le cadre de lecture peut s’étendre de trois acides aminés avec une seule mutation nucléotidique. Cela fait du SARS-CoV-2 ORF9c la seule protéine de ce type dans un coronavirus humain à contenir un domaine transmembranaire. Cette capacité à s’ancrer à la cellule hôte pourrait augmenter sa virulence et sa pathogénicité, en l’aidant à interagir avec la voie de l’IFN, en modifiant la présentation de l’antigène et les capacités d’évasion immunitaire.

Les chercheurs se sont penchés sur le rôle de cette protéine dans une lignée cellulaire de cancer épithélial du poumon. Il interagit avec plusieurs protéines associées à la membrane dispersées dans de nombreux compartiments cellulaires, comme on pouvait s’y attendre de la présence du domaine transmembranaire, y compris les systèmes qui impliquent la synthèse et le transport des protéines comme le réticulum endoplasmique, l’appareil de Golgi et les mitochondries.

La protéomique ORFc montre une régulation négative de la signalisation immunitaire

Les chercheurs ont découvert que différentes protéines étaient exprimées dans les échantillons transfectés et non transfectés, le changement significatif étant une régulation à la baisse des protéines dans 144 cas et une régulation à la hausse dans 14 cas. Le changement le plus significatif concernait la signalisation de l’IFN, la présentation de l’antigène et les voies immunitaires innées, y compris les récepteurs de reconnaissance de formes. Les protéines de la voie MAPK / ERK2 ont augmenté. Ils ont également découvert que de petites concentrations d’ORF9c peuvent induire des changements dans les voies cellulaires, inhibant l’IFN, la reconnaissance immunitaire et les composants de l’ubiquitine au niveau des protéines, contribuant à l’évasion immunitaire.

ORF9c réduit la transcription des voies de signalisation immunitaires

Les chercheurs ont ensuite évalué les changements transcriptionnels dus à l’expression d’ORF9c. Ils ont trouvé qu’un plus grand nombre de transcrits étaient régulés différemment que les protéines, mais le schéma était similaire dans la plupart des cas impliqués dans la signalisation immunitaire. Cependant, les voies spécifiques étaient différentes dans de nombreux cas.

Les changements les plus importants concernaient le complément et certaines voies inflammatoires, telles que la présentation de l’antigène et la signalisation immunitaire. Cependant, certains changements transcriptionnels uniques étaient dans l’induction des voies de signalisation IL-6 et p38 MAPK, non reflétés dans l’analyse protéomique.

Modifications courantes liées à ORF9c dans les deux analyses

Les chercheurs ont découvert que si les deux voies montraient que les mêmes voies subissaient des changements dans la même direction, le nombre de composants affectés dans chaque voie différait au niveau des protéines et des transcriptions. Une analyse des interactions entre les différents composants a montré que la régulation négative était principalement observée concernant les transcriptions et les protéines liées à la chimiotaxie, au complément, à l’interféron et à la présentation de l’antigène.

Les voies liées au stress et les transcrits d’acétylation d’histones ont été induits par ORF9c, peut-être parce que la régression transcriptionnelle médie certains des changements produits par ORF9c dans l’expression génique.

Les inhibiteurs de protéasome inversent en partie les effets de l’ORF9c

L’ajout d’un inhibiteur du protéasome a provoqué une régulation négative de certains transcrits et protéines, mais pas tous. Le changement le plus significatif concerne les composants de la voie de l’ubiquitine (UBP) et la réponse protéique dépliée (UPR), qui est vitale pour la régulation des voies du cycle cellulaire. Les chercheurs postulent que cela peut signifier que ces voies participent à la dégradation de l’ORF9c. Encore une fois, cela peut signifier que la capacité de réduire les voies de signalisation cellulaire importantes requises pour les défenses antivirales dépend de la présence de VCP.

L’utilisation d’une lignée cellulaire différente peut expliquer les différences entre les résultats de l’étude actuelle et des recherches antérieures, qui utilisaient des cellules HEK293, ainsi que d’autres critères. Les changements provoqués par l’exposition à cette seule protéine sont récapitulés dans les cellules infectées par le virus intact.

Les changements les plus importants concernaient la perte de régulation du système IFN, ainsi que les cytokines impliquées dans la signalisation TNF et STAT et les facteurs immunitaires innés. La signalisation IFN est impliquée dans le montage d’une réponse antivirale et dans de nombreuses caractéristiques de la maladie trouvées dans COVID-19, qui peuvent ainsi être attribuées à l’activité de cette protéine.

Implications

Les chercheurs disent: «Nos résultats suggèrent que l’ORF9c permet aux cellules d’échapper à la surveillance immunitaire en réduisant l’abondance de HLA et la présentation de l’antigène, tout en ralentissant la réplication cellulaire, ce qui pourrait faciliter la réplication virale des cellules infectées.« 

Moins de 2% des patients ont une mutation préjudiciable dans la séquence codant pour le domaine transmembranaire. Cela nécessitera une étude plus approfondie pour comprendre comment cela affecte les résultats cliniques.

Le lien avec l’acétylation des histones peut indiquer un mécanisme de répression transcriptionnelle causée par cette protéine, y compris la régulation à la hausse des gènes induits par le stress après une exposition à cette protéine virale. Cela pourrait restreindre la signalisation immunitaire et favoriser l’évasion immunitaire.

L’association UBP s’harmonise également avec celle de la régulation négative des composants immunitaires cellulaires, indiquant que peut-être les premiers changements interviennent dans la stabilité d’autres protéines, ce qui à son tour entraîne une réduction de la signalisation des cytokines et une diminution des réponses immunitaires innées.

Les composants UPR déstabilisent également la protéine ORF9c, l’amenant à être reconnue comme une protéine mal repliée par la cellule hôte. Cette protéine se lie à l’UPR et à l’UBP, ce qui entraîne une activité protéasomique plus élevée. Ils ont découvert que les inhibiteurs de VCP, qui médiatisent l’engagement de la protéine avec l’UPR, réduisent les effets de répression transcriptionnelle de l’ORF9c sur les composants du système immunitaire. Les inhibiteurs protéasomaux ont également des effets similaires mais moins cohérents.

Ces découvertes indiquent de nouvelles voies pour les médicaments thérapeutiques pour cibler la virulence virale et les caractéristiques de la maladie. Un moyen de prévenir le rôle d’ancrage membranaire de cette protéine pourrait également être essentiel pour prévenir et traiter l’évasion immunitaire causée par le SRAS-CoV-2. D’autres études sont nécessaires pour valider ces résultats dans des modèles animaux.