Identifier les caspases et leurs motifs qui clivent les protéines lors de l’infection par le virus de la grippe A

Summary

L’infection par le virus de la grippe A (IAV) active les caspases qui clivent les protéines de l’hôte et les protéines virales, qui, à leur tour, ont des fonctions provirales et antivirales. En utilisant des inhibiteurs, l’interférence ARN, la mutagénèse dirigée et des techniques de transfert Western et de RT-qPCR, les caspases dans les cellules de mammifères infectées qui clivent la cortactine de l’hôte et les histone désacétylases ont été identifiées.

Abstract

Les caspases, une famille de cystéines protéases, orchestrent la mort cellulaire programmée en réponse à divers stimuli, y compris les infections microbiennes. Initialement décrite comme se produisant par apoptose, la mort cellulaire programmée est maintenant connue pour englober trois voies interconnectées: la pyroptose, l’apoptose et la nécroptose, inventées ensemble comme un seul processus, PANoptosis. L’infection virale Influence A (IAV) induit une panoptique dans les cellules de mammifères en induisant l’activation de différentes caspases, qui, à leur tour, clivent diverses protéines hôtes et virales, conduisant à des processus tels que l’activation de la réponse antivirale innée de l’hôte ou la dégradation des protéines antagonistes de l’hôte. À cet égard, le clivage médié par la caspase 3 de la cortactine de l’hôte, de l’histone désacétylase 4 (HDAC4) et de l’histone désacétylase 6 (HDAC6) a été découvert dans des cellules épithéliales animales et humaines en réponse à l’infection par le VIA. Pour démontrer cela, des inhibiteurs, des interférences ARN et une mutagénèse dirigée ont été utilisés et, par la suite, le clivage ou la résistance au clivage et la récupération des polypeptides cortactin, HDAC4 et HDAC6 ont été mesurés par transfert Western. Ces méthodes, associées à la RT-qPCR, constituent une stratégie simple mais efficace pour identifier l’hôte ainsi que les protéines virales subissant un clivage médié par la caspase lors d’une infection par le virus IAV ou d’autres virus humains et animaux. Le présent protocole élabore les résultats représentatifs de cette stratégie, et les moyens de la rendre plus efficace sont également discutés.

Introduction

Le virus de la grippe A (IAV) est le membre prototypique de la famille des Orthomyxoviridae et est connu pour causer des épidémies mondiales et des pandémies imprévisibles. L’IAV provoque une maladie respiratoire humaine, la grippe, communément appelée « grippe ». La grippe est une maladie aiguë qui entraîne l’induction de réponses immunitaires innées pro et anti-inflammatoires de l’hôte et la mort des cellules épithéliales dans les voies respiratoires humaines. Les deux processus sont régis par un phénomène appelé mort cellulaire programmée¹. La signalisation de la mort cellulaire programmée est induite dès que divers récepteurs de reconnaissance des agents pathogènes détectent les particules virales entrantes dans les cellules hôtes. Cela conduit à la programmation de la mort des cellules infectées et à la signalisation aux cellules saines voisines par trois voies interconnectées appelées pyroptose, apoptose et nécroptose – récemment inventées comme un seul processus, PANoptosis¹.

PANoptosis implique le traitement protéolytique de nombreuses protéines hôtes et virales de l’induction à l’exécution. Un tel traitement des protéines est principalement mené par une famille de cystéines protéases appelées caspases ^1,2. Jusqu’à 18 caspases (de la caspase 1 à la caspase 18) sont connues³. La plupart des caspases sont exprimées en pro-caspases et activées en subissant leur propre traitement protéolytique soit par autocatalyse, soit par d’autres caspases⁴ en réponse à un stimulus comme une infection virale. On pensait que la panoptique des cellules infectées par IAV était un mécanisme de défense de l’hôte, mais l’IAV a mis au point des moyens de l’échapper et de l’exploiter pour faciliter sa réplication 1,2,5,6. L’une d’entre elles consiste à antagoniser les facteurs de l’hôte par le biais d’un clivage ou d’une dégradation médiée par la caspase qui sont intrinsèquement antiviraux ou interfèrent avec l’une des étapes du cycle de vie de l’IAV. À cette fin, on a découvert que les facteurs de l’hôte, la cortactine, HDAC4 et HDAC6 subissent un clivage ou une dégradation médiée par la caspase dans les cellules épithéliales infectées par l’IAV ^7,8,9. Les HDAC4 et HDAC6 sont des facteurs anti-IAV 8,10, et la cortactine interfère avec la réplication de l’IAV à un stade ultérieur de l’infection^, potentiellement pendant l’assemblage viral et le bourgeonnement ¹¹.

En outre, diverses caspases sont également activées, qui, à leur tour, clivent plusieurs protéines pour activer la réponse inflammatoire de l’hôte lors de l’infection IAV ^1,2. En outre, la nucléoprotéine (NP), la protéine M2 des canaux ioniques IAV 12,13,14 et diverses protéines d’autres virus 3,15,16 subissent également un clivage médié par la caspase au cours de l’infection^, ce qui influence la pathogenèse virale. Par conséquent, il existe un besoin continu d’étudier le clivage ou la dégradation médiée par la caspase des protéines de l’hôte et des protéines virales au cours de l’IAV et d’autres infections virales pour comprendre la base moléculaire de la pathogenèse virale. Ici, les méthodes sont présentées pour (1) évaluer le clivage ou la dégradation de ces protéines par les caspases, (2) identifier ces caspases, et (3) localiser les sites de clivage.

Protocol

Les approbations réglementaires ont été obtenues du comité institutionnel de sécurité biologique de l’Université d’Otago pour travailler avec l’IAV et les cellules de mammifères. Les cellules A549 alvéolaires alvéolaires du rein canin Madin-Darby (MDCK) ou du poumon humain et les sous-types IAV H1N1 ont été utilisés pour la présente étude. IAV a été cultivé dans des œufs de poule, comme décrit ailleurs17. Des conditions stériles et aseptiques ont été utilisées pour tr…

Representative Results

Traitement par inhibiteur de la caspase 3Il a été découvert que les polypeptides de cortactine, HDAC4 et HDAC6 de l’hôte subissent une dégradation en réponse à l’infection par le VAI dans les cellules canines (MDCK) et humaines (A549, NHBE) 7,8,9. En utilisant les approches ci-dessus, il a été découvert que les caspases hôtes induites par l’IAV, en particulier les caspases 3, provoquent leur…

Discussion

Il est établi que les virus adaptent les facteurs et les voies de l’hôte à leur avantage. À leur tour, les cellules hôtes résistent à cela en employant diverses stratégies. L’une de ces stratégies est PANoptosis, que les cellules hôtes utilisent comme stratégie antivirale contre les infections virales. Cependant, des virus comme IAV ont développé leurs propres stratégies pour contrer PANoptosis et l’exploiter à leur avantage ^1,3,6<sup class="…

Materials

A549 cells	ATCC	CRM-CCL-185	Human, epithelial, lung
Ammonium chloride	Sigma-Aldrich	A9434
Caspase 3 Inhibitor	Sigma-Aldrich	264156-M	Also known as 'InSolution Caspase-3 Inhibitor II – Calbiochem'
cOmplete, Mini Protease Inhibitor Cocktail	Roche	11836153001
Goat anti-NP antibody			Gift from Richard Webby (St Jude Children’s Research Hospital, Memphis, USA) to MH
Lipofectamine 2000 Transfection Reagent	ThermoFisher Scientific	31985062
Lipofectamine RNAiMAX Transfection Reagent	ThermoFisher Scientific	13778150
MDCK cells	ATCC	CCL-34	Dog, epithelial, kidney
MG132	Sigma-Aldrich	M7449
Minimum Essential Medium (MEM)	ThermoFisher Scientific	11095080	Add L-glutamine, antibiotics or other supplements as required
MISSION siRNA Universal Negative Control #1	Sigma-Aldrich	SIC001
Odyssey Fc imager with Image Studio Lite software 5.2	LI-COR		Odyssey Fc has been replaced with Odyssey XF and Image Studio Lite software has been replaced with Empiria Studio software.
Pierce BCA Protein Assay Kit	ThermoFisher Scientific	23225
Plasmid expressing human cortactin-GFP fusion	Addgene	50728	Gift from Kenneth Yamada to Addgene
Pre-designed small interferring RNA (siRNA) to caspase 3	Sigma-Aldrich	NM_004346	siRNA ID: SASI_Hs01_00139105
Pre-designed small interferring RNA to caspase 6	Sigma-Aldrich	NM_001226	siRNA ID: SASI_Hs01_00019062
Pre-designed small interferring RNA to caspase 7	Sigma-Aldrich	NM_001227	siRNA ID: SASI_Hs01_00128361
Pre-designed SYBR Green RT-qPCR Primer pairs	Sigma-Aldrich	KSPQ12012	Primer Pair IDs: H_CASP3_1; H_CASP6_1; H_CASP7_1
Protran Premium nitrocellulose membrane	Cytiva (Fomerly GE Healthcare)	10600003
Rabbit anti-actin antibody	Abcam	ab8227
Rabbit anti-cortactin antibody	Cell Signaling	3502
Rabbit anti-GFP antibody	Takara	632592
SeeBlue Pre-stained Protein Standard	ThermoFisher Scientific	LC5625
Transfection medium, Opti-MEM	ThermoFisher Scientific	11668019
Tris-HCl, NaCl, SDS, Sodium Deoxycholate, Triton X-100	Merck
Trypsin, TPCK-Treated	Sigma-Aldrich	4370285