An integration-free CRISPR platform for genetic dissection of respiratory virus host dependencies in human nasal epithelium
Cette étude établit un protocole CRISPR/Cas9 sans intégration pour l'ingénierie génétique de cellules basales nasales humaines afin de créer des cultures d'interface air-liquide génétiquement modifiées, lesquelles ont été utilisées pour valider ACE2 et TMPRSS2 comme facteurs d'hôte critiques pour l'infection par le SARS-CoV-2 et le hCoV-NL63 dans un modèle physiologiquement pertinent.
Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Ceci est une explication générée par l'IA d'un preprint qui n'a pas été évalué par des pairs. Ce n'est pas un avis médical. Ne prenez pas de décisions de santé basées sur ce contenu. Lire la clause de non-responsabilité complète
Les virus qui causent des maladies respiratoires, du rhume banal aux pandémies graves, commencent leur voyage en atterrissant sur la muqueuse du nez. Cette fine couche de tissu, appelée épithélium nasal, agit comme la première ligne de défense de l'organisme, une barrière complexe composée de nombreux types de cellules travaillant ensemble. Pour comprendre comment ces virus percent cette barrière, les scientifiques doivent étudier les outils spécifiques que le virus utilise pour entrer dans les cellules. Pendant des décennies, les chercheurs se sont appuyés sur de simples cultures cellulaires monocouches cultivées en boîtes pour tester quelles protéines humaines un virus pourrait avoir besoin pour infecter une personne. Cependant, ces cellules artificielles se comportent souvent différemment du véritable tissu multicouche que l'on trouve dans un nez humain vivant. Bien que les scientifiques aient récemment développé de meilleurs modèles imitant la structure réelle du revêtement nasal, ces modèles réalistes ont été difficiles à modifier génétiquement. Sans la capacité de désactiver ou d'activer facilement des gènes humains spécifiques dans ces modèles réalistes, il a été difficile de proum exactement quelles parties du corps humain un virus détourne pour commencer une infection.
Une équipe de chercheurs de l'école de médecine de Duke-NUS à Singapour a maintenant résolu ce problème en créant une nouvelle méthode pour éditer les gènes de ces cellules nasales réalistes. Ils ont développé un moyen d'utiliser un outil moléculaire précis, connu sous le nom de CRISPR, pour supprimer des gènes spécifiques dans les cellules souches qui se développent en revêtement nasal. Contrairement aux méthodes précédentes qui nécessitaient l'insertion de matériel génétique étranger dans les cellules, ce qui pouvait provoquer des changements imprévus, cette nouvelle approche est « sans intégration », ce qui signifie qu'elle ne laisse aucune trace permanente de l'outil d'édition derrière elle. Les scientifiques ont d'abord cultivé des cellules nasales saines provenant d'un donneur, puis ont utilisé un mélange temporaire de l'outil d'édition et d'un marqueur fluorescent pour supprimer des gènes spécifiques. Ils ont ensuite trié les cellules qui avaient reçu avec succès l'outil d'édition, les ont multipliées et les ont laissées mûrir pour former une couche de tissu nasal complète et réaliste. Ce processus leur a permis de créer un modèle de tissu où des gènes humains spécifiques étaient absents, leur permettant de voir exactement ce qui se passait lorsqu'un virus tentait d'infecter un nez dépourvu de ces outils spécifiques.
En utilisant cette nouvelle plateforme, les chercheurs ont testé comment deux coronavirus différents, celui qui cause la COVID-19 et un autre virus du rhume banal, infectent le nez humain. Ils ont d'abord supprimé le gène d'une protéine appelée ACE2, qui sert de porte principale pour que ces virus entrent dans la cellule. Lorsqu'ils ont infecté le tissu édité, les virus n'ont pas pu entrer, confirmant que l'ACE2 est absolument essentielle pour que les deux virus infectent le nez humain. Ensuite, ils ont étudié une seconde protéine, la TMPRSS2, qui agit comme une clé qui déverrouille la porte une fois que le virus est à la surface. Des études antérieures suggéraient que les virus pourraient utiliser différentes clés selon le type de cellule, mais cette nouvelle recherche a montré que, dans le tissu nasal réaliste, le virus dépend presque entièrement de la TMPRSS2. Lorsque les chercheurs ont supprimé le gène de la TMPRSS2, les virus ont été incapables d'infecter le tissu, prouvant que cette protéine spécifique est la clé critique dont le virus a besoin pour entrer dans les cellules nasales humaines.
L'étude a également écarté d'autres voies potentielles que le virus pourrait utiliser. Les chercheurs ont testé si les virus pouvaient entrer dans la cellule par une autre route impliquant la machinerie cellulaire interne, mais ont constaté que le blocage de cette route n'avait aucun effet sur l'infection. Cela a confirmé que, dans le nez humain, le virus n'utilise pas ces méthodes d'entrée alternatives. Les résultats étaient cohérents entre les différents donneurs, montrant que la dépendance à ces deux protéines est une caractéristique fondamentale de la manière dont ces virus infectent les humains. En démontrant que ces virus dépendent de protéines humaines spécifiques pour entrer dans le nez, l'étude fournit une cible claire pour de futurs traitements médicaux. Si les scientifiques peuvent développer des médicaments capables de bloquer soit la porte, soit la clé, ils pourraient potentiellement arrêter le virus avant même qu'il ne pénètre à l'intérieur du corps. Cette nouvelle méthode d'édition de tissu nasal réaliste ouvre la voie à l'étude de nombreux autres virus et à la compréhension exacte de la manière dont ils nous infectent, offrant un outil puissant pour se préparer aux futures menaces respiratoires.
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