Le norovirus humain, un virus à ARN à brin positif qui est la principale cause de gastro-entérite virale, responsable d’environ 685 millions de cas et d’environ 212 000 décès par an dans le monde, ne dispose d’aucun vaccin ni antiviral approuvé.
Ouvrant la voie à des thérapies médicamenteuses améliorées, des chercheurs du Baylor College of Medicine et de l’Université du Texas, MD Anderson Cancer Center, rapportent dans Avancées scientifiques la découverte de centres de réplication du norovirus humain, ce qui pourrait conduire à la conception de médicaments antiviraux pour prévenir, contrôler ou traiter ces infections.
« Lorsque les virus infectent les cellules, ils créent généralement des compartiments spécialisés – des usines de réplication – où ils forment de nouveaux virus qui infectent davantage de cellules provoquant la maladie », a déclaré le premier auteur, le Dr Soni Kaundal, associé postdoctoral au département de biochimie et de biologie moléculaire de Verna et Marrs McLean. Pharmacologie à Baylor dans le laboratoire du Dr BV Venkataram Prasad, auteur correspondant de l’ouvrage.
« Cependant, on sait peu de choses sur les usines de réplication des norovirus. »
De plus en plus de preuves montrent que certaines usines de réplication ne sont généralement pas séparées de leur environnement par une membrane. Il s’agit plutôt de condensats biomoléculaires, des structures ressemblant à une bulle formée par séparation de phase liquide-liquide. Ces condensats incorporent sélectivement des protéines et d’autres matériaux nécessaires à la réplication virale.
Les condensats liquides en tant qu’usines de réplication ont été largement étudiés dans d’autres virus, notamment les virus de la rage et de la rougeole. Dans cette étude, les chercheurs ont vérifié si les norovirus formaient des condensats biomoléculaires qui servent de centres de réplication.
« Nous savions que ces condensats sont souvent initiés par une seule protéine virale capable de se lier au matériel génétique, ayant une région flexible et formant des oligomères, des molécules constituées d’un petit nombre d’unités répétitives », a déclaré Kaundal.
L’équipe a commencé son enquête en appliquant une analyse bioinformatique pour identifier les protéines de norovirus qui présenteraient les caractéristiques les plus susceptibles de conduire à la formation de condensats liquides.
« En travaillant avec la souche pandémique de norovirus humain GII.4, responsable de la plupart des cas de gastro-entérite dans le monde, nous avons constaté que l’ARN polymérase ARN-dépendante a la plus forte propension à former des condensats biomoléculaires », a déclaré Kaundal.
« Cette protéine possède une région flexible, peut former des oligomères, se lie à l’ARN, le matériel génétique du norovirus, et joue un rôle essentiel lors de la réplication virale, en réalisant des copies de l’ARN viral. Toutes ces caractéristiques nous ont incités à tester expérimentalement si l’ARN GII.4 la polymérase pilote la formation de condensats biomoléculaires propices à la réplication virale.
« Nos études expérimentales montrent que l’ARN polymérase GII.4 forme effectivement des condensats liquides hautement dynamiques dans des conditions physiologiquement pertinentes en laboratoire et que la région flexible de cette protéine est essentielle pour ce processus », a déclaré Prasad, professeur de virologie moléculaire et de microbiologie. et Chaire Alvin Romansky en biochimie à Baylor.
Prasad est également membre du Dan L Duncan Comprehensive Cancer Center de Baylor. « De plus, les condensats sont des structures très dynamiques : plusieurs peuvent fusionner, formant une structure plus grande, ou elles peuvent se diviser en structures plus petites ; elles se déplacent également à l’intérieur de la cellule, échangeant des matériaux avec leur environnement. »
Ensuite, les chercheurs ont vérifié si ces condensats liquides se formaient également dans les cellules intestinales humaines infectées par le norovirus humain.
Jusqu’à récemment, étudier la façon dont les norovirus se répliquent à l’intérieur des cellules était difficile car les chercheurs ne disposaient pas d’un système biologique efficace dans lequel cultiver le virus en laboratoire. Mais en 2016, le laboratoire du Dr Mary Estes de Baylor et ses collègues ont réussi à cultiver des souches de norovirus humains dans des cultures d’entéroïdes intestinaux humains.
Également connues sous le nom de mini-intestins, ces cultures constituent un modèle de laboratoire du tractus gastro-intestinal humain qui récapitule sa complexité, sa diversité et sa physiologie cellulaire. Les entéroïdes humains imitent les modèles d’infection par le virus hôte spécifiques à la souche, ce qui en fait un système idéal pour disséquer l’infection humaine à norovirus, comme dans la présente étude, pour identifier les exigences de croissance spécifiques à la souche et développer et tester des traitements et des vaccins.
« Nous avons montré que des condensats liquides se forment dans des cultures d’entéroïdes intestinaux humains infectés par un norovirus humain ainsi que dans la lignée cellulaire humaine HEK293T cultivée en laboratoire. Nous proposons que ces condensats soient des centres de réplication pour le norovirus humain, une solution élégante au question déroutante de savoir comment la traduction assistée par les ribosomes du génome viral est séparée de sa réplication par la polymérase virale dans les virus à ARN à brin positif », a déclaré Prasad.
« Notre analyse bioinformatique a également montré que les ARN polymérases de presque toutes les souches de norovirus ont une forte propension à former ces usines de réplication, ce qui suggère que cela pourrait être un phénomène courant chez la plupart des norovirus. »
« Il s’agit d’un article remarquable, et j’étais heureux que nous puissions valider les résultats sur des cellules infectées par un virus en utilisant notre système de culture d’entéroïdes intestinaux humains pour le norovirus humain », a déclaré Estes, professeur distingué et titulaire de la chaire de virologie moléculaire et de microbiologie de la Fondation Cullen. Baylor.
Estes est également codirecteur du noyau des systèmes de modèles expérimentaux gastro-intestinaux au Texas Medical Center Digestive Diseases Center et membre du Dan L Duncan Comprehensive Cancer Center de Baylor.
Les résultats fournissent non seulement de nouvelles informations sur la réplication du norovirus humain, mais ouvrent également de nouvelles cibles pour la conception d’antiviraux contre les infections à norovirus humain, qui restent une menace sérieuse chez les enfants et les patients immunodéprimés.
Parmi les autres contributeurs à ce travail figurent Ramakrishnan Anish, B. Vijayalakshmi Ayyar, Sreejesh Shanker, Gundeep Kaur, Sue E. Crawford, Jeroen Pollet et Fabio Stossi.
