Dans leur bataille évolutive pour la survie, les virus ont développé des stratégies pour déclencher et perpétuer l’infection. Une fois à l’intérieur d’une cellule hôte, le virus Ebola, par exemple, détourne les voies moléculaires pour se répliquer et finit par revenir de la cellule dans la circulation sanguine, où il peut se propager davantage.
Mais nos propres cellules, dans le cas d’Ebola et de nombreux autres virus, ne sont pas sans défenses. Dans une étude publiée dans le Actes de l’Académie nationale des sciencesune équipe dirigée par des scientifiques de l’École de médecine vétérinaire de l’Université de Pennsylvanie a découvert comment les cellules humaines entravent la capacité de sortie du virus Ebola.
Une interaction entre les protéines virales et hôtes incite les cellules hôtes à augmenter l’activité d’une voie responsable de la digestion et du recyclage des protéines, a découvert l’équipe. Cette activité, connue sous le nom d’autophagie « auto-mangeuse », permet à moins de particules virales d’atteindre la surface d’une cellule hôte, réduisant ainsi le nombre qui peut sortir dans la circulation sanguine et propager davantage l’infection.
« Cette interaction semble faire partie d’un mécanisme de défense inné », déclare Ronald N. Harty, professeur à Penn Vet et auteur principal de l’étude. « Les cellules humaines semblent cibler spécifiquement une protéine clé du virus Ebola et la diriger dans la voie de l’autophagie, qui est la façon dont les cellules traitent et recyclent les déchets. »
L’enquête a émergé d’un domaine d’intérêt de longue date pour le laboratoire de Harty : l’interaction entre la protéine virale VP40, présente dans les virus Ebola et Marburg, et diverses protéines humaines. Dans les travaux antérieurs du groupe, ils ont découvert qu’une zone de VP40, connue sous le nom de motif PPXY, lie des motifs correspondants connus sous le nom de domaines WW sur des protéines hôtes spécifiques.
Dans de nombreux cas, cette interaction PPXY-WW provoque la sortie de plus de particules virales de la cellule dans un processus appelé « bourgeonnement ». Mais en criblant diverses protéines hôtes censées jouer un rôle dans le processus, Harty et le postdoc Jingjing Liang, l’auteur principal de l’étude, en ont découvert certaines qui faisaient le contraire lors de la liaison de VP40, entraînant une diminution du bourgeonnement. L’un d’eux était une protéine appelée Bag3, sur laquelle ils ont rapporté dans un Pathogènes PLOSpapier en 2017.
Bien qu’Ebola soit un virus potentiellement mortel, Harty et ses collègues peuvent étudier en toute sécurité son fonctionnement dans un laboratoire de niveau de biosécurité 2, en remplaçant les particules pseudo-virales (VLP) qui expriment VP40 par le virus lui-même. Ces VLP VP40 ne sont pas infectieux mais peuvent sortir des cellules hôtes comme la vraie chose.
Dans le nouveau travail, les chercheurs de Penn Vet et leurs collègues du Texas Biomedical Research Institute ont creusé plus profondément pour en savoir plus sur le mécanisme par lequel Bag3 a réduit le bourgeonnement. Bag3 est connue comme une protéine « co-chaperone », impliquée dans la formation d’un complexe avec d’autres protéines et les chaperonnant lors de leur voyage pour être digérées, finalement dans des organites appelées autolysosomes, une partie du processus d’autophagie. En utilisant les VLP VP40, le groupe de Harty a confirmé que VP40 se liait à Bag3 et formait le complexe protéique. Lorsque les chercheurs ont ajouté un composé connu pour bloquer la formation de ce complexe, ils ont vu le VP40 être libéré ; L’activité de bourgeonnement des VLP a ensuite augmenté.
Pour suivre l’activité de VP40 en temps réel, l’équipe a utilisé une puissante microscopie confocale, étiquetant chaque acteur d’intérêt avec une étiquette fluorescente différente. Ils ont observé que Bag3 était impliqué dans la séquestration de VP40 dans des vésicules de la cellule qui subiraient ensuite l’autophagie. Coincé dans ces vésicules et destiné au « centre de recyclage » cellulaire, VP40 était incapable de se déplacer vers la membrane cellulaire et le bourgeon.
« Je pense que l’une des choses les plus intéressantes que nous ayons montrées est la sélectivité de la cargaison », a déclaré Liang. « Nous montrons que l’autophagie ne se produit pas seulement de manière passive. Bag3 agit via l’interaction PPXY-WW pour cibler spécifiquement VP40 afin qu’il subisse l’autophagie. »
Lorsque les chercheurs ont ajouté le médicament rapamycine, qui améliore l’autophagie, la séquestration de VP40 a augmenté et le bourgeonnement de VLP a diminué. La rapamycine agit en inhibant l’activité d’une voie régie par un complexe protéique appelé mTORC1, un capteur cellulaire qui active la synthèse des protéines lorsqu’une cellule a besoin de matière première pour se développer. Les chercheurs ont découvert que cette voie semblait être importante dans la régulation de l’infection à Ebola ; dans des expériences avec des virus vivants menées dans un laboratoire de niveau de biosécurité 4, ils ont observé que le virus pouvait activer la signalisation mTORC1, obligeant l' »usine » cellulaire à produire des matériaux dont le virus aurait besoin pour se développer et se propager. En revanche, l’inhibition de mTORC1 avec la rapamycine a dirigé le virus vers la voie de l’autophagie, où il serait digéré par les autolysosomes de la cellule.
« Le virus veut que la cellule se développe afin d’activer mTORC1 », explique Harty. « L’autophagie fait le contraire, en maintenant l’équilibre des matériaux cellulaires. »
L’autophagie est importante pour les processus cellulaires normaux, garantissant que la cellule ne soit pas encombrée de protéines inutiles ou mal repliées et d’autres matériaux flottant autour. Mais ce travail suggère également que l’autophagie peut être exploitée par le corps pour se défendre contre une infection nocive.
« Notre conception est que cela fait partie de la course aux armements entre notre corps et le virus », a déclaré Liang. « Le virus veut façonner son environnement pour lui-même et sa propre survie, il a donc évolué pour manipuler mTORC1. Mais la cellule peut également utiliser cette voie pour se défendre contre une infection virale. »
Grâce à ces connaissances sur les défenses innées du corps humain contre Ebola, les chercheurs espèrent voir si l’autophagie peut être un facteur dans d’autres infections virales hémorragiques, telles que celles qui causent la fièvre de Marburg et de Lassa. Et tandis que les expériences actuelles ont été principalement menées à l’aide de lignées de cellules hépatiques humaines, l’équipe aimerait également tester si l’autophagie et la voie mTORC1 sont impliquées dans la défense virale dans d’autres types de cellules, telles que les macrophages du système immunitaire, les principales cellules impliquées dans la propagation. infection.
En fin de compte, Harty, Liang et leurs collègues espèrent trouver autant de vulnérabilités virales que possible, aidant à informer les médicaments qui pourraient être un composant d’un cocktail thérapeutique, chacun ciblant différentes étapes de l’infection, de l’entrée virale à la sortie.
« Tout cela est lié à notre objectif global de comprendre les interactions virus-hôte et, en les comprenant, de travailler pour intervenir pour ralentir ou arrêter l’infection », déclare Harty.
Ronald N. Harty est professeur de pathobiologie et de microbiologie à l’École de médecine vétérinaire de l’Université de Pennsylvanie.
Jingjing Liang est stagiaire postdoctoral à la Penn’s School of Veterinary Medicine.
Les coauteurs de Harty et Liang étaient Marija A. Djurkovic et Olena Shtanko du Texas Biomedical Research Institute. Liang était l’auteur principal de l’étude et Harty était l’auteur correspondant.
Le travail a été financé en partie par les National Institutes of Health (subventions AI138052, AI139392, AI153815 et EY031465 à Harty et AI154336 et AI151717 à Shtanko.)
