Dans une récente étude publiée sur bioRxiv* serveur de prétirage, les chercheurs ont observé que la fragmentation de Golgi induite par le coronavirus-2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2) facilite le trafic viral.
Sommaire
Contexte
La pandémie de maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) causée par le SRAS-CoV-2 a provoqué une crise sanitaire mondiale sans précédent déclenchant des confinements nationaux et locaux, des restrictions de mobilité et des interdictions de voyager (internationales). Plus de 6 millions de décès ont été enregistrés en raison du COVID-19 à ce jour, avec plus de 453 millions d’infections dans le monde.
À l’heure actuelle, la vaccination est la stratégie la plus efficace pour freiner la propagation du SRAS-CoV-2. Pourtant, l’efficacité des vaccins est compromise lorsque de nouvelles variantes du SRAS-CoV-2 apparaissent avec de nouvelles mutations conférant une transmissibilité et une pathogénicité accrues. Par conséquent, il est essentiel de bien comprendre le mécanisme de l’infection par le SRAS-CoV-2 pour développer des stratégies avancées d’atténuation du COVID-19.
Les virus sont soit enveloppés, soit non enveloppés ; les virus non enveloppés sortent des cellules hôtes via des mécanismes cytolytiques, et les virus enveloppés utilisent la voie de sécrétion de l’hôte. Le SRAS-CoV-2 est un virus enveloppé, et ses actions modulatrices sur le système endomembranaire pour l’assemblage et la sortie restent sans réponse.
À propos de l’étude
L’étude actuelle a examiné les interactions entre le SRAS-CoV-2 et le système endomembranaire de la cellule hôte.
Les chercheurs ont infecté des cellules Huh7-ACE2 (lignée cellulaire de tissu d’hépatome mâle) avec la souche USA-WA1 de SARS-CoV-2 et ont observé des changements structurels significatifs dans le système de Golgi. Le système de Golgi était fragmenté et dispersé dans tout le cytoplasme des cellules infectées. De même, les enveloppes de clathrine, la protéine d’enveloppe I (COPI) et la COPII étaient dispersées dans le cytoplasme.
Étant donné que le système endomembranaire présentait des changements morphologiques considérables, les auteurs ont émis l’hypothèse que la perturbation des fonctions endomembranaires pourrait avoir un impact sur l’infection par le SRAS-CoV-2. À cette fin, des médicaments ciblant le système endomembranaire ont été criblés ; sur 27 petites molécules sélectionnées, 22 médicaments ont significativement inhibé l’infection. La tunicamycine (Tm), la thapsigargine (Tg) et le dithiothréitol (DTT), qui sont des inducteurs connus du stress du réticulum endoplasmique (RE), ont montré une inhibition significative du SARS-CoV-2.
Résultats
Les modulateurs de Golgi comme la bréfeldine A (BFA) et la monensine ont montré une inhibition de plus de 98 % du SARS-CoV-2. De plus, les médicaments inhibiteurs des lysosomes comme la bafilomycine A1 (BafA1), la vacuoline-1, un cocktail d’inhibiteurs de protéase (IP), la leupeptine, l’E64d et la pepstatine ont considérablement réduit l’infection virale. Les inhibiteurs de l’autophagie (3-méthyladénine ou 3-MA) et les inducteurs (Torin-1) ont inhibé l’infection virale, quoique moins que les inhibiteurs lysosomal.
Un microscope électronique et une analyse par immunofluorescence des cellules infectées ont été réalisés pour élucider les changements structurels du compartiment de Golgi. L’expression de la protéine de réassemblage-empilage de Golgi (GRASP65) et de la 4-galactosyltransférase 1 (GalT) est restée inchangée malgré la fragmentation du complexe de Golgi. La visualisation microscopique du système de Golgi a révélé une structure organisée et concentrée autour du périnucléus dans les cellules non infectées. En revanche, les cellules infectées par le SARS-CoV-2 ont affiché des piles désorganisées et fragmentées, et de nombreuses particules virales ont été observées dans la lumière de Golgi.
Il a été démontré que les protéines du SRAS-CoV-2 comme la pointe (S), la membrane (M), l’enveloppe (E) et l’ORF3a déclenchent individuellement la fragmentation de Golgi dans les cellules Vero E6. Les niveaux d’expression des protéines de Golgi ont été évalués pour comprendre les mécanismes moléculaires à l’origine de la fragmentation de Golgi. L’expression de GRASP55 a été régulée à la baisse tandis que celle de la protéine 46 du réseau trans-Golgi (TGN46) a considérablement augmenté lors de l’infection par le SRAS-CoV-2.
En outre, la protéine fluorescente verte (GFP), le GRASP55 de type sauvage marqué avec la GFP et le domaine d’oligomérisation de GRASP55 (GRASP N) ont été exprimés dans des cellules Huh7-ACE2. Les cellules exprimant GRASP55 marqué GFP ou GRASP N avaient des taux d’infection virale significativement plus faibles que les cellules exprimant GFP. Les auteurs ont observé que le système de Golgi forme une structure organisée et empilée avec une expression élevée de GRASP55 dans des conditions normales, mais l’infection virale entraîne une diminution de l’expression de GRASP55 conduisant à une fragmentation de Golgi facilitant le trafic viral.
L’expression plus élevée de TGN46 dans les cellules infectées par le SRAS-CoV-2 a indiqué un rôle possible dans l’infection. La suppression du gène TGN46 a eu un effet négatif sur le taux d’infection par le SRAS-CoV-2. La récapitulation de l’expérience d’inactivation sur des cellules infectées par la variante Delta a produit des résultats similaires.
conclusion
Les résultats ont révélé que l’infection par le SRAS-CoV-2 module le système endomembranaire de l’hôte, en particulier l’appareil de Golgi, et que de petites molécules ciblant le système de Golgi inhibent de manière significative l’infection virale. La fragmentation de Golgi pourrait être déclenchée par des protéines SARS-CoV-2 individuelles telles que S, M, E et ORF3a. L’expression de deux protéines de Golgi (TGN46 et GRASP55) a été significativement affectée dans les cellules infectées. Les cellules avec une expression plus élevée de GRASP55 ont fortement inhibé l’infection virale et les niveaux appauvris de TGN46 ont eu un effet similaire (inhibiteur).
De plus, le trafic de la protéine S vers la membrane cellulaire était corrélé négativement avec la (sur)expression de GRASP55, ce qui suggère que la régulation négative de GRASP55 médiée par le SRAS-CoV-2 pourrait faciliter le trafic viral. Ainsi, l’infection par le SRAS-CoV-2 régule à la baisse et à la hausse l’expression de GRASP55 et de TGN46, respectivement. Ces résultats suggèrent que l’appareil de Golgi pourrait être une nouvelle cible thérapeutique dans le traitement de l’infection par le SARS-CoV-2.
*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.
