Découverte d'une nouvelle défense contre les virus chez les mammifères

De nombreuses infections virales sont étouffées dans l'?uf par la réponse immunitaire innée. Certaines protéines à l'intérieur des cellules reconnaissent l'infection virale et déclenchent une cascade de signaux - la réponse à l'interféron. Celle-ci active un mécanisme de protection dans les cellules environnantes, tandis que la première cellule infectée meurt généralement.

Un autre mécanisme de défense contre les virus est connu chez les plantes et les invertébrés : l'interférence ARN (ARNi). Celle-ci utilise un produit intermédiaire du processus de copie du virus pour construire une arme contre le virus lui-même. Bien que l'ARNi soit également présent chez les mammifères, les chercheurs pensaient jusqu'à présent qu'il était certes impliqué dans d'autres processus cellulaires de régulation des gènes, mais pas dans la défense immunitaire. Olivier Voinnet, professeur de biologie de l'ARN à l'ETH Zurich, et ses collègues publient aujourd'hui dans la revue Science la preuve que l'ARNi contribue tout de même à la défense contre les virus chez les mammifères.

Petits ARN comme arme antivirale spécifique

Les chercheurs ont infecté des cellules souches de souris avec deux virus, le virus de l'encéphalomyocardite (EMCV) et le virus Nodamura (NoV). Ils ont ensuite pu mettre en évidence dans les cellules de courts morceaux d'ARN d'une longueur d'environ 22 nucléotides, qui correspondaient clairement à la séquence du patrimoine viral et présentaient toutes les caractéristiques des molécules effectrices centrales de l'ARNi : les small interfering ou siRNAs. C'était la preuve que l'infection virale avait activé la machinerie ARNi dans ces cellules.

L'élément déclencheur de l'ARNi est une molécule d'ARN inhabituelle qui est produite lors de la copie du patrimoine viral : une longue molécule d'ARN double brin. Celle-ci est découpée par les composants de la machinerie ARNi en siRNA courts qui servent ensuite de dispositif de recherche de cible : Comme ils proviennent de l'ARN viral et s'y adaptent donc parfaitement, ils dirigent les protéines ciseaux moléculaires spécifiquement vers l'ARN viral. Celui-ci est alors fragmenté en parties inoffensives. Le virus ne peut donc plus se reproduire.

Une protection idéale pour les cellules précurseurs

Voinnet avance deux raisons pour expliquer pourquoi le r?le de l'ARNi dans la défense virale des mammifères a été négligé jusqu'à présent : premièrement, des études menées chez les plantes - par son équipe de recherche - puis chez les invertébrés ont montré que de nombreux virus ont développé une contre-attaque qui inhibe la machinerie ARNi de la cellule infectée. Dans le cas où une telle défense existerait également chez les virus spécialisés dans les mammifères, elle dissimulerait des ARNi antiviraux. Deuxièmement, la plupart des scientifiques ont jusqu'à présent cherché des indices de l'ARNi antiviral dans des cellules spécialisées, où la réponse à l'interféron se taille la part du lion dans la défense immunitaire. Voinnet et ses collègues se sont en revanche concentrés sur les cellules souches.

Les cellules souches et probablement aussi les cellules précurseurs ne peuvent pas produire de réponse à l'interféron et ne possèdent donc pas d'immunité innée classique. Cela est tout à fait logique, explique Voinnet, car la réponse à l'interféron entra?ne la mort de la cellule infectée. Comme les cellules précurseurs donnent naissance à des populations entières de cellules différenciées, celles-ci seraient également anéanties par la mort de la cellule précurseur. Une infection virale dans une cellule souche serait tout aussi fatale, car toutes les lignées cellulaires qui en sont issues seraient également infectées. "L'ARNi est donc parfaitement adapté à la protection des cellules précurseurs contre les virus. Elle pourrait même être le seul type d'immunité qui protège ces cellules contre les virus", explique Voinnet. Il ajoute : "Je ne veux pas suggérer que l'ARNi antiviral n'existe que dans les cellules souches et progénitrices : Dans notre étude, nous montrons que nous observons également l'ARNi dans les cellules différenciées, mais à un niveau beaucoup plus bas".

"Ce qui est beau, c'est la simplicité"

Afin de renforcer les preuves du r?le de l'ARNi dans la défense contre les virus, les chercheurs ont modifié génétiquement le virus Nodamura (NoV) et éliminé ce qu'ils pensaient être sa résistance à l'ARNi. Ils ont ensuite réinfecté des cellules souches de souris avec le virus modifié et ont pu observer que les cellules tenaient mieux en échec ce virus que le NoV non modifié. De plus, les chercheurs n'ont trouvé des ARNsi correspondant au génome du virus qu'après l'infection par le virus modifié. Cela prouvait que l'ARNi tenait effectivement le virus en échec. Ce mécanisme n'est toutefois apparu que lorsque la résistance de NoV contre RNAi a été éliminée. "Il existe donc un jeu d'opposition similaire entre la défense contre le virus et la défense virale chez les mammifères, les plantes et les invertébrés", conclut Voinnet.

Dans une étude menée et publiée en parallèle par le collègue de recherche de Voinnet, Shou Wie Ding (University of Riverside, USA), les chercheurs autour de Ding ont montré que des siRNA étaient également produits dans les tissus de souris nouveau-nées qu'ils avaient infectées avec le NoV modifié. A la grande surprise des chercheurs, ces siRNA étaient identiques à ceux que Voinnet et son équipe avaient trouvés lors d'expériences sur des cellules souches. Ces siRNA conféraient aux souris une protection presque totale contre le virus. "Cette preuve était importante pour démontrer que l'ARNi antiviral fonctionne dans un organisme vivant, et pas seulement dans des cellules souches en bo?te de culture", explique Voinnet.

Les chercheurs ont ainsi mis en évidence un élément important du système immunitaire inné chez les mammifères. "La beauté de ce système réside dans sa simplicité et, comme nous le savons maintenant, dans son universalité", explique Voinnet. "La machinerie ARNi fait partie de la cellule elle-même, mais elle devient une arme spécifique gr?ce à l'ARN produit par le virus qu'il s'agit de combattre. Comme la spécificité de la réponse immunitaire est fournie par le virus lui-même, le mécanisme peut s'adapter à presque n'importe quel virus. L'immunité ne pourrait pas être plus innée", conclut Voinnet.