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Les virus zoonotiques constituent une menace mondiale pour la santé humaine et vétérinaire, comme l'a récemment démontré l'émergence du SARS-CoV-2, l'agent responsable de la pandémie de COVID-19. Outre les virus transmis par l'air, des virus hautement pathogènes transmis par des arthropodes sont apparus dans le monde entier au cours des dernières décennies, essentiellement en raison des activités humaines, du réchauffement climatique, de la destruction de l'habitat et de la mondialisation. Le phenuivirus Toscana (TOSV) en est un exemple. Le TOSV est un virus enveloppé émergent transmis par les phlébotomes qui provoque des méningo-encéphalites chez l'homme. Bien qu'endémique dans le bassin méditerranéen, le diagnostic, la thérapeutique et la recherche sur le TOSV ont été négligés.

Idéalement, la prévention de l'émergence et de la propagation des pathogènes émergents nécessite des approches qui ciblent les premières étapes de l'infection dans les cellules hôtes et qui bloquent la libération du génome viral dans le cytosol, conditions préalables à une infection productive. C'est exactement le sujet de cette thèse. Le travail de doctorat de Jana Koch a permis d’élucider les mécanismes d'entrée de deux virus enveloppés émergents zoonotiques non apparentés, le SARS-CoV-2 et TOSV, aux niveaux cellulaire et moléculaire.

En utilisant des approches basées sur la fluorescence, Jana a montré que le TOSV voyage à travers la machinerie endosomale pour infecter les neurones et les lignées cellulaires humaines, entrant d'abord dans les endosomes précoces Rab5a+, puis dans les compartiments endosomaux tardifs Rab7a+ et LAMP1+. L'entrée du TOSV nécessite des endosomes tardifs intacts, à partir desquels se produit une fusion membranaire activée par l'acide. Le seuil de pH pour la fusion était optimal, et la fusion plus rapide, à pH 5,5, mais la fusion s'est également produite après une pré-exposition prolongée des particules virales au pH légèrement acide présent dans les endosomes précoces. De manière inattendue pour un virus de fusion de classe II, le TOSV et d'autres bunyavirus restent infectieux lorsqu'ils sont exposés à un pH faible en l'absence d'une membrane cible.

Parallèlement, Jana a étudié le mécanisme d'entrée du SARS-CoV-2 dans diverses lignées cellulaires représentant les tissus infectés par ce virus. Jana a découvert que le SARS-CoV-2 pénétrait dans le cytosol à partir ou à proximité de la membrane plasmique de manière rapide et indépendante du pH, lorsque les cellules hôtes exprimaient TMPRSS2, une protéase semblable à la trypsine. En revanche, dans les cellules dépourvues de TMPRSS2, l'entrée du SARS-CoV-2 était plus lente et dépendait à la fois de la maturation des endosomes et des cathepsines endolysosomales activées par l'acide. La pré-activation des particules virales par des protéases a permis de contourner le besoin d'acidification et des cathepsines. En outre, j'ai établi un test de fusion cellule-cellule basé sur la microscopie et j'ai constaté que le traitement protéolytique de S était nécessaire et suffisant pour induire la fusion, alors que l'acidification n'était pas nécessaire.

En conclusion, les résultats de Jana élargissent nos connaissances sur l'entrée des virus zoonotiques émergents. Le TOSV utilise de manière atypique l'acidité endosomale pour se frayer un chemin dans la machinerie endocytique, tandis que le SARS-CoV-2 utilise différentes protéases cellulaires pour la fusion et la pénétration de son enveloppe avec les membranes cellulaires, indépendamment de l'acidification. Alors que le processus de fusion du TOSV est lui-même déclenché par un faible pH, le SARS-CoV-2 n'a besoin de l'acidification que pour l'activité des cathepsines qui activent les particules virales. Dans l'ensemble, les travaux de thèse de Jana mettent en évidence la diversité des stratégies développées par les virus pour subvertir la machinerie cellulaire et pénétrer dans les cellules hôtes, et peut servir de base au développement de stratégies antivirales.

Retrouvez les résultats de Jana publiés dans les revues EMBO Journal et PLoS Pathogens