» Un nouveau regard sur les « usines virales » d’Ebola

LA JOLLA, CA—Nouvelles recherches dans la revue Communication Nature donne aux scientifiques une fenêtre importante sur la façon dont le virus Ebola se réplique à l’intérieur des cellules hôtes. L’étude, dirigée par des scientifiques de l’Institut La Jolla d’immunologie (LJI), révèle le fonctionnement interne des «usines virales», des grappes de protéines virales et de génomes qui se forment dans les cellules hôtes.

L’équipe de recherche, qui comprenait des experts de Scripps Research et de la faculté de médecine de l’UC San Diego, a découvert que la machinerie de réplication du virus Ebola forme des structures microscopiques fascinantes qui deviennent des usines virales. En comprenant l’architecture et la fonction de ces centres de fabrication microscopiques, les chercheurs pourraient être plus près du développement de nouvelles thérapies qui interrompent le cycle de vie du virus Ebola et préviennent les maladies graves.

« Nous imaginons pour la première fois ces centres d’assemblage fluides et dynamiques. Comprendre comment ils fonctionnent et ce dont ils ont besoin nous donne les informations nécessaires pour les vaincre », déclare Erica Ollmann Saphire, Ph.D., présidente et chef de la direction de LJI, auteur principal de la nouvelle étude.

Qu’est-ce qu’une usine virale ?

Les scientifiques ont d’abord repéré ce qui se révélerait être des « usines à virus » dans des cellules animales infectées par des virus dans les années 1960, mais ils ne savaient pas ce qu’ils voyaient. Dans une mer de protéines cellulaires normales, ces zones ressemblaient à des taches floues.

“Les gens avaient déjà vu que les cellules infectées par Ebola avaient ces” inclusions “”, explique le chercheur postdoctoral LJI Jingru Fang, Ph.D., premier auteur de la nouvelle étude. Pendant longtemps, les scientifiques ont considéré ces « inclusions » comme des indicateurs visuels utiles de l’infection, sans comprendre leur véritable objectif. “Mais en fait, ces ‘corps d’inclusion’ rassemblent activement une énorme quantité de protéines virales et d’ARN viraux.”

De nombreux agents pathogènes viraux, y compris le virus de la rage et le VRS (virus respiratoire syncytial) forment des inclusions dans les cellules hôtes, explique Fang. « Des études récentes suggèrent que ces inclusions cellulaires sont le site où les virus fabriquent leurs génomes d’ARN. Ce sont des « usines virales » avec un objectif fonctionnel réel : offrir un espace sécurisé pour la synthèse de l’ARN viral », explique Fang. «Le processus de synthèse de l’ARN viral implique un flux de blocs de construction viraux. Cela signifie que les molécules rassemblées à l’intérieur des usines virales devraient pouvoir se déplacer librement plutôt que d’être statiques.

Pour la nouvelle étude, Saphire, Fang et leurs collègues se sont demandé : Pouvons-nous observer le mouvement des blocs de construction viraux directement dans les cellules vivantes ?

Fang a commencé par marquer une protéine virale appelée VP35 avec un marqueur fluorescent qui fait briller la protéine dans l’obscurité. VP35 est un composant essentiel de l’usine virale et est important pour la synthèse de l’ARN viral (et la fabrication de nouvelles copies du virus Ebola). En collaboration avec des experts en imagerie du LJI Microscopy and Histology Core, Fang a suivi les protéines brillantes dans les cellules vivantes, qui expriment une version simplifiée et non infectieuse des usines virales Ebola.

Au microscope, Fang et ses collègues ont en effet pu voir et même mesurer comment les molécules se déplacent à l’intérieur des usines virales formées dans les cellules hôtes. Cette découverte a ajouté la preuve que les protéines virales s’agglutinent comme des gouttelettes afin qu’elles puissent produire les protéines nécessaires pour aider le virus à se répliquer. Ces inclusions mystérieuses sont vraiment des usines virales. Le chercheur a surnommé ces usines virales « en forme de gouttelettes ».

Ensuite, les scientifiques ont vu quelque chose d’étrange. Certaines des protéines incandescentes ne se sont pas rassemblées en amas. Au lieu de cela, ils se sont joints à une poignée d’autres protéines virales, créant un tourbillon fluorescent qui évoquait la “Nuit étoilée” de van Gogh. Ces traînées de protéines virales avaient encore les bons ingrédients pour répliquer le virus Ebola, alors les scientifiques les ont surnommées des usines virales « en réseau ».

“Ce sont deux saveurs différentes de l’usine virale”, explique Fang. “Les gens se sont principalement concentrés sur la forme en forme de gouttelette, qui est la majorité, et n’ont pas accordé trop d’attention à cette autre forme.”

Outre leurs formes, il y avait une différence essentielle entre les deux usines. Il est apparu que les usines en réseau avaient les bons ingrédients pour que le virus Ebola entrant exprime ses gènes, mais elles ne produisaient pas réellement de descendants viraux.

Une machine multi-tâches

Ensuite, les chercheurs se sont penchés sur un acteur clé de l’infection : une protéine appelée polymérase virale. La polymérase est une nanomachine multifonctionnelle qui accompagne le virus. Cette machine copie non seulement le matériel génomique du virus Ebola, mais elle transcrit également le génome viral en ARN messagers, qui ordonnent aux cellules infectées de produire des charges de protéines virales. Les chercheurs ont voulu comprendre le fonctionnement de cette machine virale à l’intérieur des usines virales.

La polymérase du virus Ebola est déjà connue comme une protéine qui travaille dur – toutes les protéines virales Ebola doivent l’être. Le virus Ebola est un agent pathogène très efficace car il se débrouille avec seulement sept gènes (l’homme possède plus de 20 000 gènes). Saphire a mené des recherches montrant que le virus Ebola survit en fabriquant des protéines qui peuvent se transformer et assumer différentes tâches au cours de l’infection.

L’année dernière, Saphire, Fang et leurs collaborateurs ont publié une découverte connexe selon laquelle la polymérase virale exploite en fait une protéine humaine médicamenteuse pour aider le virus à répliquer son génome. L’équipe a rapporté que bien que la polymérase soit essentielle à la réplication virale, la polymérase n’entre pas en action tant que l’infection n’est pas bien avancée.

Ce travail était important pour comprendre comment la polymérase est entrée en action, mais les scientifiques devaient également savoir où la polymérase était active. Fang savait qu’il serait important d’examiner ce que la polymérase pourrait faire dans les usines virales.

Les chercheurs ont découvert que la polymérase construit en fait ses propres structures spéciales à l’intérieur des usines virales. De nombreuses copies de polymérase se rassemblent en petits faisceaux, appelés foyers. Les chercheurs ont découvert que ces faisceaux se propagent lorsqu’une usine virale en forme de gouttelettes commence à répliquer le matériel viral.

Les scientifiques ne savent pas exactement pourquoi la polymérase doit former des faisceaux avant de pouvoir faire son travail, mais la disposition spatiale des faisceaux doit être importante. Comme le souligne Fang, l’idée que de nombreux petits composants s’assemblent pour construire une structure n’est pas un nouveau concept dans la nature. “Vous pouvez utiliser une ruche ou un récif corallien comme analogie pour aider à comprendre pourquoi un arrangement spatial spécifique est important pour le fonctionnement d’un système biologique”, dit-elle.

Grâce à cette découverte, les scientifiques savent désormais comment trouver différents types d’usines virales et comment la polymérase s’organise dans l’usine.

Se défendant

Plus de 30 agents pathogènes humains sont connus pour assembler des usines virales à l’intérieur des cellules hôtes, y compris le virus respiratoire syncytial (VRS) et même le virus de la rage. Avec cette nouvelle vision des usines virales d’Ebola, les scientifiques sont curieux de savoir si d’autres virus construisent des formes similaires d’usines virales et si d’autres virus utilisent leurs propres versions de polymérase de la même manière.

“Si c’est vrai, nous pouvons peut-être cibler la caractéristique de formation d’usine virale qui a été partagée par plusieurs virus différents”, déclare Fang.

À l’avenir, Fang aimerait également étudier comment le virus Ebola forme des usines virales dans différents types de cellules hôtes. Ces usines virales ont-elles un aspect différent dans les cellules des animaux (comme les hôtes naturels du virus, les chauves-souris frugivores) qui peuvent transporter le virus sans tomber malades ? “Pouvons-nous trouver une explication à la pathogenèse virale spécifique à l’hôte ?” elle demande.

La nouvelle étude démontre également l’importance de la collaboration à travers Torrey Pines Mesa de San Diego. L’équipe LJI a travaillé en étroite collaboration avec Professeur de recherche Scripps Ashok Deniz, Ph.D.et UC San Diego professeur Mark H. Ellisman, Ph.D., directeur du National Center for Microscopy and Imaging Research.

“La combinaison d’outils de pointe disponibles sur la Torrey Pines Mesa nous a permis de combiner la caractérisation biophysique avec la connaissance de la santé humaine”, explique Saphire.

D’autres auteurs de l’étude, “Disposition spatiale et fonctionnelle de la polymérase du virus Ebola à l’intérieur d’usines virales à phases séparées,comprennent Guillaume Castillon, Sébastien Phan, Sara McArdle, Chitra Hariharan et Aiyana Adams.

Cette étude a été soutenue par le National Institute of Health (subventions NIH S10OD021831, R24GM137200 et S10OD021784), une subvention de scientifique en imagerie (2019‐198153) de l’Initiative Chan Zuckerberg, des fonds institutionnels LJI et le Donald E. et Delia B. Baxter Bourse de la Fondation.

EST CE QUE JE: 10.1038/s41467-023-39821-7

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À propos de l’Institut La Jolla

L’Institut La Jolla d’immunologie se consacre à la compréhension des subtilités et de la puissance du système immunitaire afin que nous puissions appliquer ces connaissances pour promouvoir la santé humaine et prévenir un large éventail de maladies. Depuis sa fondation en 1988 en tant qu’organisme de recherche indépendant à but non lucratif, l’Institut a réalisé de nombreuses avancées menant à son objectif : vivre sans maladie. Visitez lji.org pour plus d’informations.

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