Le mimétisme des histones par la protéine SARS-CoV-2 perturbe la régulation épigénétique des cellules hôtes

Le mimétisme des histones par la protéine SARS-CoV-2 perturbe la régulation épigénétique des cellules hôtes

Dans une étude récente publiée dans Nature Les chercheurs ont montré qu’une protéine du coronavirus 2 (SARS-CoV-2) du syndrome respiratoire aigu sévère agit comme un imitateur d’histone pour perturber la régulation épigénétique des cellules hôte.

Studie: SARS-CoV-2 stört die epigenetische Regulation des Wirts durch Histon-Mimikry. Bildquelle: PHOTOCREO Michal Bednarek/Shutterstock

Les preuves actuelles suggèrent que l’infection par le SRAS-CoV-2 supprime les réponses immunitaires innées et perturbe la régulation épigénétique. Cependant, la manière dont cela se produit reste inconnue. Dans de rares cas, d’autres virus virulents peuvent interférer avec la régulation épigénétique en imitant les protéines de l’hôte, notamment les histones. Les histones conditionnent l'ADN dans des structures complexes et régulent l'accès au génome.

Les histones sont soumises à un spectre de modifications post-traductionnelles (PTM) qui sont régulées de manière dynamique pour contrôler l'expression des gènes. Le mimétisme des histones permet aux virus de perturber la capacité des cellules à répondre à l’infection et à réguler l’expression des gènes. Néanmoins, le mimétisme des histones par les coronavirus (CoV) n’a pas encore été validé.

L'étude et les résultats

La présente étude a vérifié si le SRAS-CoV-2 utilise le mimétisme des histones pour affecter la régulation de la chromatine et la réponse à l'infection. Premièrement, les chercheurs ont mené une comparaison bioinformatique des protéines du SRAS-CoV-2 avec les histones humaines. Il y avait une correspondance identique de six résidus entre les acides aminés 50 à 55 du cadre de lecture ouvert 8 (ORF8) et les régions critiques de l'extrémité N-terminale de l'histone H3.

Ces résidus se trouvent dans une région désordonnée à la surface de l'ORF8 monomère. Il est intéressant de noter que la séquence ARKS a été trouvée dans ce motif, présent à deux endroits différents de la queue H3. La caractérisation protéomique a révélé que l'ADN méthyltransférase 1 (DNMT1) est le partenaire de liaison de l'ORF8.

Ensuite, la localisation intracellulaire d’ORF8 a été examinée pour déterminer si elle fonctionne comme un imitateur d’histone. Les cellules HEK293T ont été transfectées avec une construction marquée Strep codant pour ORF8, qui a été visualisée à l'aide d'une sonde fluorescente. L'immunofluorescence a montré que l'ORF8 était généralement localisé dans le cytoplasme et la périphérie nucléaire.

Cependant, le fractionnement cellulaire a montré qu’il était localisé à la fois dans le noyau et dans le cytoplasme. De plus, l’équipe a découvert qu’ORF8 était colocalisé avec les lamines B1 et A/C dans les cellules transfectées. Le modèle d'expression a été confirmé dans la lignée cellulaire A549 infectée par le SRAS-CoV-2, exprimant l'enzyme de conversion de l'angiotensine 2 (ACE2). Ensuite, la liaison à la chromatine a été évaluée en utilisant des concentrations croissantes de sel. ORF8 s'est dissocié de la fraction chromatine à des concentrations de sel similaires à celles des lamines et des histones.

En revanche, la suppression du motif ARKSAP dans ORF8 (ORF8ΔARKSAP) a permis la dissociation à des concentrations de sel plus faibles, ce qui suggère que le motif mimétique d'histone putatif influence la force d'association entre ORF8 et la chromatine. L'immunoprécipitation de la chromatine avec séquençage (ChIP-seq) a démontré l'enrichissement de l'ORF8 dans des régions génomiques spécifiques, en particulier celles associées à la modification H3K27me3.

ORF8 s'est également avéré associé à la lysine acétyltransférase 2A (KAT2A). ORF8ΔARKSAP n'était pas associé aux protéines de la chromatine, ce qui suggère que le motif ARKSAP renforce l'association d'ORF8 avec les protéines de la chromatine. Une analyse spectrométrique de masse ciblée a été réalisée pour déterminer si le site mimétique des histones est modifié de la même manière que les histones. Cela a permis d'identifier un résidu de lysine dans le site mimétique proposé qui était acétylé de la même manière que l'histone H3.

De plus, l'expression d'ORF8 a provoqué une diminution significative de l'abondance de KAT2A, tandis que les protéines de la lame nucléaire et les niveaux d'hétérochromatine associés à la lame sont restés inchangés ou ont légèrement augmenté. Ensuite, l’équipe a observé que les PTM d’histone associés à la répression transcriptionnelle étaient augmentés dans les cellules HEK293T transfectées exprimant ORF8, tandis que celles associées à l’expression active des gènes étaient épuisées. En particulier, ceux du motif ARKS de H3 ont été fortement perturbés.

Le test de chromatine accessible à la transposase utilisant un séquençage à haut débit a montré que ORF8 diminuait l'accessibilité de la chromatine, mais pas ORF8ΔARKSAP. Le séquençage de l'ARN a été effectué pour définir les gènes différentiellement exprimés (DEG) dans les cellules transfectées. ORF8 et ORF8ΔARKSAP partageaient un sous-ensemble de DEG, mais la présence du motif mimétique des histones entraînait des changements moins dynamiques dans l'expression des gènes.

Les gènes régulés négativement en réponse à ORF8 par rapport à ORF8ΔARKSAP présentaient une meilleure accessibilité à la chromatine et des niveaux basaux de modification H3K9ac plus élevés que les gènes régulés positivement. Ensuite, un mutant SARS-CoV-2 dépourvu d’ORF8 (SARS-CoV-2ΔORF8) a été généré ; Les cellules A549ACE2 ont été infectées par ce mutant ou SARS-CoV-2 pour comparer les niveaux du génome viral et la production de particules virales.

Il n’y avait aucune différence dans les titres de virus ou le nombre de copies du génome après 24 heures, et seuls des changements mineurs étaient évidents après 48 heures. L’infection par le SRAS-CoV-2 a provoqué une forte augmentation des PTM d’histone répressives (H3K9me3 et H3K27me3). A l’inverse, cet effet était atténué en l’absence d’ORF8.

D'autres expériences avec un SARS-CoV-2 mutant dans lequel le motif ARKSAP a été supprimé d'ORF8 (SARS-CoV-2ΔARKSAP) ont montré une atténuation significative des effets de l'infection sur H3K9ac et l'accessibilité de la chromatine, reproduisant les effets de la suppression d'ORF8. L’infection par le SARS-CoV-2 de type sauvage a réduit l’expression de KAT2A, contrairement à l’infection par le SARS-CoV-2ΔARKSAP ou le SARS-CoV-2ΔORF8.

Enfin, des cellules alvéolaires pulmonaires de type II dérivées de cellules souches pluripotentes induites (iPSC) (iAT2) ont été infectées par des cellules SARS-CoV-2 de type sauvage et mutantes. Le nombre de copies du génome des virus mutants a été réduit 48 heures après l'infection, ce qui suggère que ORF8, en particulier le motif ARKSAP, affecte la réplication du virus. Les particules virales produites par le mutant ΔORF8 étaient inférieures à celles du virus de type sauvage. En revanche, le mutant ΔARKSAP semblait être similaire au SARS-CoV-2 de type sauvage, ce qui suggère qu'ORF8 a une fonction de génération de particules virales indépendante d'ARKSAP.

Conclusions

L'étude a montré que l'ORF8 du SARS-CoV-2 contient un motif ARKS et que l'expression de l'ORF8 perturbe la régulation des histones PTM. Les chercheurs ont découvert l’association de l’ORF8 avec les protéines, la lame nucléaire et les histones associées à la chromatine. Semblable aux histones, ORF8 subit une acétylation au sein du motif mimétique des histones.

La suppression d'ORF8 a entraîné une réduction de la réplication du virus dans les cellules iAT2, alors que le nombre de copies du génome viral a été explicitement affecté par la perte du motif mimétique des histones. Dans l’ensemble, les chercheurs ont identifié un nouveau cas de mimétisme des histones au cours de l’infection par le SRAS-CoV-2 et ont décrit les mécanismes par lesquels le virus perturbe la régulation de la chromatine de la cellule hôte.

Référence:

• Kee J, Thudium S, Renner DM, et al. (2022). SARS-CoV-2 stört die epigenetische Regulation des Wirts durch Histon-Mimikry. Natur. doi: 10.1038/s41586-022-05282-z https://www.nature.com/articles/s41586-022-05282-z