Le dépistage CRISPR identifie les voies de l'hôte humain qui facilitent l'infection à coronavirus

La famille des coronavirus humains comprend 7 agents pathogènes connus, pour lesquels il n'existe pas de vaccins approuvés ni d'options thérapeutiques spécifiques. Bien que les coronavirus humains saisonniers – OC43, HKU1, 229E et NL63 – ne provoquent que des infections respiratoires légères, trois coronavirus hautement pathogènes apparus au cours des deux dernières décennies ont révélé le potentiel pandémique de cette famille de virus.

On sait que le coronavirus du syndrome respiratoire aigu sévère 1 (SRAS-CoV-1) et le coronavirus du syndrome respiratoire du Moyen-Orient (MERS-CoV) peuvent provoquer un syndrome de détresse respiratoire aiguë et même la mort. Les taux de mortalité de ces virus variaient de 10 à 40%.

Le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2), qui a provoqué la pandémie actuelle de COVID-19, a un taux de mortalité plus faible mais est beaucoup plus transmissible que le SRAS-CoV-1 et le MERS-CoV. Jusqu'à présent, il a été responsable de près de 33 millions de cas et de 996 000 décès dans le monde.

Compte tenu de la gravité de l'impact de ces virus sur la santé humaine, nous devons comprendre le mécanisme derrière l'invasion de la machinerie des cellules hôtes par le SRAS-CoV-2 et d'autres coronavirus au cours de l'infection. L'identification des facteurs hôtes communs à plusieurs coronavirus pourrait aider à développer des thérapies capables de lutter contre les pandémies actuelles et futures causées par les coronavirus.

Les criblages CRISPR des cellules infectées révèlent des facteurs d'entrée viraux distincts

Dans un article de pré-impression récent publié sur la pré-impression bioRxiv, * des chercheurs de l'Université de Californie à San Francisco, des instituts Gladstone, de Chan Zuckerberg Biohub et de Synthego Corporation, San Francisco, discutent de la façon dont ils ont identifié certains facteurs hôtes communs à 3 coronavirus à l'aide de l'outil d'édition de gènes, CRISPR.

Étude: Les écrans génomiques fonctionnels identifient les facteurs de l'hôte humain pour le SRAS-CoV-2 et les coronavirus du rhume. Crédit d'image: Nathan Devery / Shutterstock

L'équipe de chercheurs a mené des criblages CRISPR parallèles à l'échelle du génome sur des cellules infectées par le SRAS-CoV-2 et deux coronavirus du rhume saisonniers – OC43 et 229E. Ils ont pu identifier les facteurs d'entrée viraux distincts pour les 3 virus – ACE2 pour le SRAS-CoV-2, les glycosaminoglycanes pour l'OC43 et l'aminopeptidase N pour le 229E. De plus, ils ont également découvert que la biosynthèse du phosphate de phosphatidylinositol et l'homéostasie du cholestérol sont des voies critiques de l'hôte qui soutiennent l'infection par ces trois coronavirus.

TMEM106B, la protéine lysosomale, était unique à l'infection par le SRAS-CoV-2. Par inhibition pharmacologique de l'homéostasie du cholestérol et de la biosynthèse du phosphate de phosphatidylinositol, les auteurs ont pu réduire la réplication des trois coronavirus.

Les criblages CRISPR KO à l'échelle du génome dans les cellules humaines identifient les facteurs hôtes importants pour l'infection par le SRAS-CoV-2, le HCoV-229E et le HCoV-OC43. (a) Schéma des écrans CRISPR KO pour l'identification des facteurs hôtes du coronavirus. Huh7.5.1-Cas9 (avec construction bicistronique ACE2-IRES-TMPRSS2 pour SARS-CoV-2 et sans écran 229E et OC43) ont été mutagénisés en utilisant une banque de sgRNA à l'échelle du génome. Les cellules mutantes ont été infectées avec chaque coronavirus séparément et les cellules résistantes aux virus ont été récoltées 10 à 14 jours après l'infection (dpi). L'abondance 347 de chaque sgRNA dans la population de départ et sélectionnée a été déterminée par séquençage à haut débit et une analyse d'enrichissement génétique a été réalisée. (b-d) Enrichissement des gènes des criblages CRISPR pour (b) SARS-CoV-2, (c) 229E et (d) infection OC43. Les scores d'enrichissement ont été déterminés par analyse MaGECK et les gènes ont été colorés par fonction biologique. Le SARS-CoV-2 a été réalisé une fois. Les écrans 229E et OC43 ont été exécutés deux fois et les scores MaGECK combinés sont affichés.

Les criblages CRISPR KO à l'échelle du génome dans les cellules humaines identifient les facteurs hôtes importants pour l'infection par le SRAS-CoV-2, le HCoV-229E et le HCoV-OC43. (a) Schéma des écrans CRISPR KO pour l'identification des facteurs hôtes du coronavirus. Huh7.5.1-Cas9 (avec construction bicistronique ACE2-IRES-TMPRSS2 pour SARS-CoV-2 et sans écran 229E et OC43) ont été mutagénisés en utilisant une banque de sgRNA à l'échelle du génome. Les cellules mutantes ont été infectées avec chaque coronavirus séparément et les cellules résistantes aux virus ont été récoltées 10 à 14 jours après l'infection (dpi). L'abondance 347 de chaque sgRNA dans la population de départ et sélectionnée a été déterminée par séquençage à haut débit et une analyse d'enrichissement génétique a été réalisée. (b-d) Enrichissement des gènes des criblages CRISPR pour (b) SARS-CoV-2, (c) 229E et (d) infection OC43. Les scores d'enrichissement ont été déterminés par analyse MaGECK et les gènes ont été colorés par fonction biologique. Le SARS-CoV-2 a été réalisé une fois. Les écrans 229E et OC43 ont été exécutés deux fois et les scores MaGECK combinés sont affichés.

Les données suggèrent des facteurs d'entrée uniques mais des voies hôtes communes pour 3 coronavirus

Les résultats de l'étude mettent en évidence que si les trois coronavirus dépendent de facteurs d'entrée uniques, ils ont un ensemble commun de voies hôtes qui aident à l'infection. Les gènes liés à l'homéostasie du cholestérol ont été mis en évidence dans tous les écrans et dans la propagation du réseau.

« En raison de son implication dans de multiples processus cellulaires, y compris le trafic vésiculaire et l'autophagie, il reste à déterminer si les coronavirus détournent cette voie lors de l'entrée ou pour la génération de vésicules à double membrane nécessaires pour les complexes de réplication / transcription virale. »

Conformément aux résultats, 2 interactomes du SRAS-CoV-2 ont révélé des protéines virales se liant à SCAP, qui a été identifié comme un facteur hôte critique pour la réplication du virus SARS-CoV-2. Les chercheurs affirment qu'étant donné le rôle du SCAP dans la réplication virale, les protéines virales régulent probablement positivement l'activité SCAP et les taux de cholestérol. Ces résultats fournissent des informations clés sur la compréhension du cycle de vie des coronavirus et des orientations importantes pour le développement de thérapies dirigées par l'hôte pour lutter contre l'infection à coronavirus.

Des études antérieures ont lié l'homéostasie cellulaire du cholestérol à l'entrée virale et à la fusion membranaire dans les infections à bunya et à hantavirus. Cela suggère une fonction pro-virale dans différentes familles de virus. Les résultats de l'équipe étaient en accord avec cette hypothèse. Ils ont pu réduire l'infection par les virus pseudotypés à pic du SRAS-CoV-1 et CoV-2 par un traitement avec du 25-hydroxycholestérol, qui bloque le traitement du SREBP et inhibe la synthèse du cholestérol.

Les résultats sont également cohérents avec ceux d'un récent criblage de réutilisation de médicaments qui a identifié plus de 100 composés, y compris des inhibiteurs de PIKfyve, des inhibiteurs de protéase et des modulateurs de l'homéostasie du cholestérol, qui inhibaient la réplication du SARS-CoV-2. Les données de génomique fonctionnelle obtenues par cette étude suggèrent que les effets observés de ces composés étaient potentiellement dus à l'inhibition de facteurs cruciaux de l'hôte.

«Nos résultats corroborent les voies de l'hôte précédemment impliquées, découvrent de nouveaux aspects de l'interaction virus-hôte et identifient des cibles pour le traitement antiviral dirigé par l'hôte.

Selon l'équipe, l'étude offre des informations critiques sur les voies de l'hôte, généralement détournées par les coronavirus. Ils ont identifié le complexe phosphatidylinositol PIK3C3 kinase comme une cible thérapeutique potentielle pour le SRAS-CoV-2 sur la base des écrans 229E et OC43, soulignant la valeur du criblage CRISPR parallèle pour développer de nouvelles thérapies contre le SRAS-CoV-2 et d'autres virus des Coronaviridae famille.

*Avis important

bioRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas examinés par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, orienter la pratique clinique / les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.

Référence du journal:

  • Les écrans génomiques fonctionnels identifient les facteurs de l'hôte humain pour le SRAS-CoV-2 et les coronavirus du rhume commun Ruofan Wang, Camille R. Simoneau, Jessie Kulsuptrakul, Mehdi Bouhaddou, Katherine Travisano, Jennifer M. Hayashi, Jared Carlson-Stevermer, Jennifer Oki, Kevin Holden, Nevan J. Krogan, Melanie Ott, Andreas S. Puschnik bioRxiv 2020.09.24.312298; https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.09.24.312298v1

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