Les protéines antivirales ancestrales pourraient protéger contre les infections
Par Gina Wynn
Nous pouvons remercier nos ancêtres pour bon nombre de nos traits physiques hérités, notamment la couleur de nos yeux, notre taille et notre teint. Selon une étude récente de l’Université Cornell, nous pourrions désormais ajouter à cette liste l’immunité contre les infections virales.
En examinant des cellules humaines cultivées en laboratoire, les chercheurs ont découvert que des protéines provenant d’un ADN viral ancien avaient été transmises par nos ancêtres. Ces rétrovirus endogènes humains (HERV) pourraient conférer une immunité en empêchant les virus modernes de pénétrer dans les cellules qui pourraient devenir des hôtes. Des études antérieures ont déjà documenté ce phénomène chez les souris, les poulets, les chats, les moutons et d’autres primates.
« Les résultats montrent que dans le génome humain, nous avons un réservoir de protéines qui ont le potentiel de bloquer un large éventail de virus », a déclaré Cédric Feschotte, PhD, membre de l’équipe de recherche et professeur de biologie moléculaire et de génétique à Cornell, comme le rapporte l’article du Cornell Chronicle article « Ancient viral DNA in human genome guards against infections ».
Un ancien étudiant de M. Feschotte, John Frank, PhD, qui est maintenant chercheur postdoctoral à l’Université de Yale, est le premier auteur de l’étude. Les conclusions du groupe ont été publiées dans l’article de Science intitulé « Evolution and Antiviral Activity of a Human Protein of Retroviral Origin »
Un pool de protéines protectrices
Des recherches plus poussées pourraient conduire à la découverte de protéines antivirales qui permettraient de mettre au point des traitements qui ne provoquent pas d’effets secondaires auto-immuns. Comme les protéines sont déjà incorporées dans l’ADN humain, elles ne sont pas considérées comme étrangères à l’organisme et ne déclenchent pas de réaction immunitaire.
Environ 8 % de l’ADN du génome humain est constitué de HERV, ce qui représente au moins quatre fois la quantité d’ADN des gènes qui codent pour les protéines. Notre génome pourrait abriter un vaste système de défense ayant des implications importantes pour les soins de santé.
Obtenir l’accès à la génomique
Les virus, sous la forme de provirus, peuvent introduire leur ARN dans une cellule hôte, où il est converti en ADN et intégré au génome de l’hôte. La cellule détournée suit alors les instructions génétiques du virus pour se répliquer. Si cela se produit dans les cellules germinales ou reproductrices, l’ADN viral devient une partie permanente du code génétique et est transmis de génération en génération.
Les HERV sont des traces de virus qui se sont fixés dans le génome humain il y a des millions d’années. Ce sont des vestiges des innombrables pandémies auxquelles les humains ont été exposés au cours de l’histoire. Les scientifiques pensent que ces virus étaient répandus dans les anciennes populations humaines puisqu’ils ont également été retrouvés dans les génomes de chimpanzés, de gorilles et d’autres primates, selon l’article d’Aidan Burn paru dans Scientific American « How the Ancient Viral DNA in Our Genome Affects Disease and Development »
"The results show that in the human genome, we have a reservoir of proteins that have the potential to block a broad range of viruses."
La clé d’entrée
Pour pénétrer dans une cellule, un virus doit d’abord être admis par une enveloppe virale ou une protéine de pointe. La protéine d’enveloppe se lie à un récepteur à la surface de la cellule, comme une clé dans une serrure, et ouvre la cellule pour laisser entrer le virus. Pour leur étude, M. Frank et son équipe ont utilisé la génomique computationnelle pour analyser le génome humain afin de trouver des protéines d’enveloppe virale qu’ils pourraient étudier.
Après avoir catalogué les séquences codant pour les protéines d’enveloppe des rétrovirus qui conservaient potentiellement une activité de liaison aux récepteurs, ils ont identifié les gènes qui exprimaient activement les produits génétiques de l’enveloppe des rétrovirus. L’équipe a trouvé des preuves évidentes d’expression dans l’embryon précoce et les cellules germinales. Ils ont également noté un sous-ensemble de protéines antivirales qui sont exprimées dans les cellules immunitaires lors de l’infection.
Test avec Suppressyn
Pour tester la sensibilité de différents types de cellules à l’infection virale, le groupe s’est concentré sur la Suppressyn (SUPYN), une protéine d’enveloppe antivirale connue pour se lier au récepteur du transporteur d’alanine-sérine-cystéine 2 (ASCT2). La SUPYN est prévalent dans le développement embryonnaire humain très précoce et dans les cellules placentaires, et ASCT2 est la porte d’entrée cellulaire des rétrovirus de type D.
Les cellules placentaires étant couramment visées par les virus, Frank et ses collègues ont tenté d’exposer des cellules placentaires humaines à RD114, un rétrovirus de type D qui infecte généralement les chats domestiques et autres félins. Bien que d’autres types de cellules humaines n’exprimant pas la SUPYN aient été facilement infectés, les cellules souches placentaires et embryonnaires qui exprimaient la SUPYN n’ont pas été affectées par le virus. Lorsque l’équipe a retiré la SUPYN des cellules, celles-ci ont été infectées par RD114; lorsque SUPYN a été réintroduit, la résistance virale est revenue.
Frank et ses collègues ont poussé leurs expériences un peu plus loin et ont introduit la SUPYN dans des cellules rénales embryonnaires qui ne l’expriment pas habituellement. Normalement, les cellules sont sensibles au RD114, mais avec la SUPYN ajouté, elles étaient résistantes au virus.
Aperçu de l’infection
Ces résultats démontrent comment une protéine rétrovirale humaine peut empêcher les virus d’entrer dans les cellules en utilisant des protéines d’enveloppe antivirales pour bloquer les récepteurs cellulaires. Ils permettent de comprendre comment d’anciens rétrovirus présents dans le génome humain peuvent protéger les embryons en développement contre l’infection par des virus apparentés. Mme Feschotte espère étudier d’autres protéines dérivées de l’enveloppe du génome humain pour voir si elles ont le même effet antiviral sur les cellules, selon l’article du Cornell Chronicle .
Repousser les limites
Dans une étude similaire menée en 2017, les chercheurs ont recréé une protéine d’enveloppe qui aidait le virus HERV-T à infecter les cells humains en se liant au récepteur du transporteur de monocarboxylate 1 (MCT1). Daniel Blanco-Melo, PhD, de l’Université Rockefeller de New York, et ses collègues ont publié leurs conclusions dans l’article eLife intitulé « Co-option of an endogenous retrovirus envelope for host defense in hominid ancestors ».
Le rétrovirus HERV-T s’est répandu parmi nos ancêtres primates pendant environ 25 millions d’années et s’est éteint il y a environ 11 millions d’années. En analysant les restes génétiques de HERV-T dans les génomes des humains et des primates apparentés, l’équipe a pu recréer la protéine d’enveloppe ancHTenv.
L’analyse du groupe a montré que le provirus HERV-T présent dans les génomes d’hominidés comprend un gène env (hsaHTenv) qui a été préservé de manière unique. Après une étude plus approfondie, ils ont découvert que la hsaHTenv provoquait la déplétion du récepteur MCT1. Le MCT1 n’étant pas disponible pour interagir avec la protéine d’enveloppe ancHTenv, HERV-T n’a pas pu entrer dans les cellules et celles-ci n’ont pas été infectées par le virus. Ces résultats illustrent l’importance de la relation enveloppe/récepteur dans la transmission virale.
L’aide de nos ancêtres
Dans ces deux études, il a été démontré que les paires de protéines d’enveloppe virale et de récepteurs associées aux HERVs dans notre ADN ancestral affectaient l’immunité aux anciens virus. Les résultats de ces deux études ont montré que l’absence de l’enveloppe virale ou du récepteur empêchait les virus de pénétrer et de se reproduire dans les cellules.
Ces résultats pourraient avoir des implications majeures pour les chercheurs qui testent et développent des traitements contre les maladies, notamment le VIH et d’autres virus qui s’intègrent dans l’ADN de la cellule hôte, certains cancers et d’éventuelles futures pandémies.
Gina Wynn est une rédactrice de Thermo Fisher Scientific.
