Les scientifiques découvrent de nouveaux aspects de l’infection par le VIH en surveillant les sucres à la surface des cellules immunitaires individuelles

Les chercheurs sur le VIH tentent depuis longtemps d’identifier les cellules spécifiques que le virus préfère infecter et se cacher. Ils savent que le VIH favorise un type particulier de cellules immunitaires appelées cellules T CD4 mémoires. Mais ces cellules se présentent sous de nombreuses formes et il a été difficile de déterminer exactement ce qui rend un type de lymphocyte T CD4 mémoire plus attrayant pour le VIH qu’un autre.

Pendant des années, la chercheuse associée de Gladstone, Nadia Roan, Ph.D., et son équipe ont abordé cette question en analysant les lymphocytes T CD4 en fonction de la collection de protéines qu’ils portent à leur surface. Récemment, ils ont jeté leur dévolu sur un autre type de molécules à la surface de la cellule : les sucres.

Roan s’est associé à Mohamed Abdel-Mohsen, Ph.D., professeur agrégé à l’Institut Wistar et spécialiste de la machinerie cellulaire qui synthétise les sucres. Ensemble, les scientifiques ont découvert des schémas de sucre étonnamment différents sur différentes cellules immunitaires et une interaction intrigante entre le VIH et les sucres recouvrant les cellules T CD4. Ils rapportent leurs découvertes dans le journal eVie.

« L’une des découvertes les plus frappantes de notre étude est que la quantité d’un seul type de sucre de surface peut faire la distinction entre les lymphocytes T CD4 mémoire avec des caractéristiques biologiques et une sensibilité à l’infection par le VIH très différentes », explique Roan, qui est également professeur agrégé de urologie à l’UC San Francisco et co-auteur principal de l’étude.

Le travail présente également une nouvelle technique d’étude des cellules individuelles de grandes populations qui pourrait conduire à une image plus détaillée de la diversité cellulaire.

« Il existe une énorme diversité de sucres à la surface des cellules », déclare Abdel-Mohsen, co-auteur principal de l’étude. « Mais elles ont été sous-étudiées, en partie parce qu’elles sont plus difficiles à suivre que les protéines. En triant de grandes populations de cellules en fonction de leurs profils de sucre et de protéines, nous pourrions découvrir de nouvelles classes de cellules qui ont échappé aux études antérieures et pourraient détenir la clé. pour résoudre d’importants problèmes biologiques. »

Enquêter sur les sucres enrobant les cellules individuelles

Les chercheurs ont étudié diverses chaînes de molécules de sucre simples. Les chaînes diffèrent par leur longueur, leurs ramifications et le type de sucres qu’elles contiennent, et sont connues pour affecter un certain nombre de propriétés cellulaires.

« Nous nous sommes demandé dans quelle mesure les sucres de surface cellulaire pourraient nous aider à distinguer différents types de cellules au sein d’une population de cellules immunitaires », explique Tongcui Ma, Ph.D., premier auteur de l’étude et scientifique à Gladstone.

Pour répondre à cette question, l’équipe de Roan a adapté une technique appelée CyTOF, qu’elle utilisait auparavant pour étudier le profil protéique de cellules immunitaires individuelles. CyTOF s’appuie sur des anticorps pour identifier des protéines spécifiques et peut enregistrer la présence, l’absence et la quantité de près de 40 protéines différentes à la fois. Dans cette étude, l’équipe a remplacé cinq des anticorps CyTOF par cinq lectines différentes, des molécules capables de reconnaître différents types de sucres.

« Nous n’avons pas autant de lectines que d’anticorps », explique Abdel-Mohsen. « Mais nous connaissons plusieurs lectines capables de faire la distinction entre une variété de sucres de formes et de compositions moléculaires différentes, et nous prévoyons d’étendre notre travail en utilisant de nouvelles lectines à l’avenir. »

Avec le CyTOF modifié, qu’ils ont nommé CyTOF-Lec, les scientifiques ont analysé les cellules immunitaires du sang et des tissus de donneurs humains. Ils ont découvert que le schéma des sucres différait selon l’origine des cellules – le sang contre les amygdales contre l’appareil reproducteur – et le type de cellules immunitaires qu’elles étaient – les cellules T CD4 contre les autres cellules T contre les cellules B productrices d’anticorps.

« Nous avons maintenant une bonne boîte à outils pour analyser en détail la combinaison de protéines et de sucres présents sur des cellules individuelles », déclare Roan. « Et puisque toutes les cellules du corps transportent des sucres à leur surface, nous pensons que CyTOF-Lec sera utile pour le domaine plus large de la recherche biomédicale. »

La dent sucrée du VIH

Encouragés par cette découverte, les scientifiques ont ensuite appliqué CyTOF-Lec aux lymphocytes T CD4 qu’ils avaient d’abord exposés au VIH en laboratoire. Toutes les cellules T CD4 ne sont pas infectées par le VIH, et l’équipe de Roan et d’autres au fil des ans ont découvert certains modèles de protéines qui aident à identifier les cellules les plus sensibles.

Les scientifiques savent également qu’après avoir pénétré dans une cellule, le VIH modifie les protéines que la cellule dépose à sa surface, un phénomène appelé remodelage viral. L’équipe de Roan a développé un outil bioinformatique appelé PP-SLIDE pour reconstruire le profil d’une cellule avant qu’elle ne soit infectée et remodelée par le VIH.

En combinant CyTOF-Lec avec PP-SLIDE, l’équipe a fait deux découvertes importantes.

Premièrement, le VIH semble infecter de préférence les lymphocytes T CD4 mémoire avec les plus grandes quantités de deux types de sucres à leur surface : le fucose et l’acide sialique. D’autres expériences ont confirmé que l’un de ces sucres, l’acide sialique, est en effet nécessaire pour que le VIH infecte efficacement les cellules T CD4.

Deuxièmement, le VIH a encore stimulé la production de ces deux sucres dans les cellules qu’il avait infectées, indiquant que le remodelage ne se limite pas aux protéines, mais s’étend également aux sucres.

« Il est intrigant qu’il semble y avoir plusieurs mécanismes pour assurer des niveaux élevés d’acide sialique sur les cellules infectées : le biais du VIH envers les cellules contenant beaucoup d’acide sialique et sa capacité à augmenter davantage les quantités d’acide sialique en surface », explique Roan. « Cela peut aider les cellules infectées par le VIH à survivre, car l’acide sialique est associé à l’évasion de la surveillance immunitaire. »

En échappant à la surveillance immunitaire, ces cellules infectées furtivement peuvent permettre au VIH de s’installer rapidement et de se propager à plus de sites dans le corps. Ils pourraient également représenter de bonnes cibles thérapeutiques.

Le VIH se cache également des défenses immunitaires en s’installant à l’intérieur de certaines cellules sous une forme majoritairement silencieuse. Ces cellules infectées silencieuses (ou « latentes ») sont difficiles à éradiquer car il était jusqu’à présent impossible de les distinguer sans ambiguïté des cellules non infectées. L’équipe de Roan prévoit maintenant d’appliquer CyTOF-Lec à des échantillons de personnes vivant avec le VIH, dans lesquels ces cellules persistent même en présence d’un traitement antirétroviral.

« Ce faisant, nous pourrions découvrir des biomarqueurs à base de sucre qui pourraient être utilisés pour cibler et éliminer ces cellules infectées de manière latente », explique Roan.

Bien sûr, ces hypothèses alléchantes devront être testées avec plus d’expériences. Mais les résultats jusqu’à présent établissent CyTOF-Lec comme un nouvel outil prometteur pour découvrir une nouvelle biologie cellulaire, y compris le rôle des sucres dans l’infection par des virus autres que le VIH, tels que le SRAS-CoV-2 et la grippe.