Functional characterization of the SARS-CoV-2 spike protein and syncytia formation

Caractérisation fonctionnelle de la protéine S du SARS-CoV-2 et de la formation de syncytia La protéine de spicule (S) du SARS-CoV-2 est un fusogène viral hautement antigénique qui déclenche l'entrée virale lors de l'interaction avec les récepteurs et protéases cellulaires. La protéine S facilite également la formation de syncytia qui sont de grandes cellules multinucléées formées par la fusion de cellules individuelles. Plusieurs coronavirus, dont le SARS-CoV-2 actuellement pandémique, forment des syncytia. Les cas graves de COVID-19 sont associés à des lésions pulmonaires étendues et à la présence de pneumocytes syncytial infectés. Les syncytia peuvent contribuer à la dissémination virale, à l'évasion immunitaire, à la cytopathie et à la réponse inflammatoire. Ici, nous avons caractérisé le rôle de la protéine S du SARS-CoV-2 dans la médiation de la fusion. Nous montrons que le SARS-CoV-2 induit des syncytia lorsque la protéine S exprimée à la surface cellulaire interagit avec le récepteur de l'enzyme de conversion de l'angiotensine 2 (ACE2) à la surface des cellules voisines. La protéase transmembranaire sérine 2 (TMPRSS2) augmente aussi la formation de syncytia. L'infection virale déclenche la production d'interféron (IFN) et l'expression subséquente d'un large éventail de gènes, y compris les protéines transmembranaires induites par l'interféron (IFITM). Les IFITM restreignent l'entrée cellulaire d'un large spectre de virus enveloppés, possiblement en modifiant les propriétés biomécaniques de la membrane plasmique de manière défavorable à la fusion. Nous avons constaté que les IFITM restreignent efficacement la formation de syncytia médiée par la protéine S du SARS-CoV-2. Cependant, cette restriction est inversée par la protéase TMPRSS2. Au fur et à mesure de la progression de la pandémie, la souche ancestrale de Wuhan a été remplacée par des variants du SARS-CoV-2 contenant plusieurs mutations au sein de la protéine S. Nous avons caractérisé les protéines variantes S Alpha, Beta et Delta par rapport à leur potentiel de formation de syncytia. Nous démontrons que la protéine S de ces variants induisent plus de fusion que le variant précoce D614G et que la souche ancestrale. La fusogénicité des variants est en partie corrélée à leur potentiel de liaison à l'ACE2. De plus, les mutations individuelles associées aux variants modulent de manière différentielle la formation de syncytia. Les mutations P681H, D1118H et D215G augmentent la fusion cellule-cellule tandis que les mutations d'échappement aux anticorps E484K, K417N et '242-244 sont restrictives. Par ailleurs, les IFITM limitent efficacement la formation de syncytia induite par les protéines variantes S. Nous avons également étudié le potentiel de formation de syncytia des coronavirus communément en circulation. Nous avons constaté que la protéine S du hCoV-HKU1 induit des syncytia uniquement lorsque les cellules adjacentes expriment la TMPRSS2 sous sa forme catalytiquement active. Nous montrons aussi que l'IFITM1 humain restreint la formation de syncytia médié par la protéine S du hCov-HKU1 alors que l'IFITM1 murin augmente la fusion. Fait intéressant, alors que la protéase TMPRSS2 accélère la formation de syncytia médiée par le SARS-CoV-2 et contrecarre les effets restrictifs des IFITM, elle n'interfère pas avec la restriction de la fusion HKU1-S médiée par l'IFITM1. En résumé, nous avons caractérisé les mécanismes de la formation de syncytia médiée par la protéine S et sa régulation par des composants de la réponse immunitaire humorale et innée. Nos résultats fournissent ainsi des informations préliminaires sur l'effet cytopathique et la pathologie induite par le SARS-CoV-2