Comment se fait la reproduction du virus ?

Des traitements viraux sont en cours de mise au point de même que des vaccins contre les anciennes épidémies virales et les nouvelles épidémies virales. Des méthodes d’imagerie avancées sont nécessaires dans ce travail. Ils voient avec précision à l’intérieur des cellules : comment le coronavirus pénètre dans la cellule à l’intérieur, ou le virus de l’herpès se décharge comme un pouvoir destructeur hors du noyau cellulaire. La professeure auxiliaire Maija Vhinen-Ranta de l’Université de Jyväskylä étudie les mouvements intracellulaires et les interactions des virus dans le cadre d’un grand projet de recherche européen.

Ces dernières années, des méthodes de bioimagerie basées sur le rayonnement X doux ont été appuyées par les chercheurs viraux. Ils ont l’avantage de permettre aux scientifiques de décrire les virus et les cellules congelés comme tridimensionnels sans coloration cellulaire ni autres traitements dommageables à la structure.

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Les rayons X mous se réfèrent au rayonnement de faible énergie qui est absorbé par le carbone et l’azote provenant des structures cellulaires. Les informations obtenues à partir de l’absorption peuvent être utilisées pour former une image en trois dimensions, à partir de laquelle la division et la densité des structures cellulaires est vue.

Le rayonnement X doux permet de voir la structure des membranes dans la masse cellulaire ou la distribution de la lignée, connue sous le nom de chromatine, située dans le noyau de la cellule. Avec l’aide de cette technique, il est possible d’analyser les changements cellulaires causés par le virus.

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L’ objectif de l’étude est d’élucider les stades et les mécanismes de la reproduction virale dans la cellule.

« Avec les résultats obtenus, il est possible de cibler les médicaments antiviraux sur des sites vitaux pour le virus, tout en affaiblissant leur cycle organique ou d’arrêter la prolifération du virus dans la cellule », explique le professeur adjoint Maija Vhinen-Ranta de l’Université de Jyväskylä.

Il participe à l’European Joint Study (CoCID), où les changements de niveau cellulaire causés par les virus sont étudiés en plus de la microscopie basée sur le rayonnement X doux en utilisant d’autres méthodes de microscopie à fluorescence et de biochimie.

« Dans notre étude nous découvrons également les détails de la prolifération des virus utilisés pour détruire les cellules cancéreuses dans les cellules hôtes. Les traitements modernes du cancer exploitent la capacité des virus modifiés et inoffensifs à cibler les cellules cancéreuses et à les décomposer », déclare Vihinen-Ranta, une recherche financée par le programme Horizon 2020 de l’UE.

La microscopie à rayons X souple montre la structure de la chromatine

La recherche du COCID est menée dans six groupes de recherche à travers l’Europe.

Dans le cadre du projet de collaboration, les chercheurs se sont intéressés à quatre principaux virus pathogènes. Trois virus de l’ARN sont étudiés : les virus de l’hépatite C et E qui causent le cancer du foie, pour lesquels il n’existe pas de vaccins viables, et le virus SARS-COV-2 en circulation. Parmi les virus de l’ADN, le sujet de la recherche est le virus de l’herpès simplex 1, qui est utilisé dans les traitements du cancer comme un destructeur de cellules cancéreuses.

Vihinen-Beach résume les objectifs communs :

« Virus ARN En ce qui concerne, nous nous intéressons à la façon dont les virus modifient les structures membranaires de la cellule hôte lors de l’entrée dans la cellule. L’objectif de l’étude est de surveiller les stades de l’infiltration virale et de déterminer si des molécules médicamenteuses prometteuses peuvent être utilisées pour empêcher le virus de pénétrer dans la cellule, c’est-à-dire si les molécules agissent comme des déficients ou des stoppeurs de l’infection.

« L’imagerie par rayons X molles convient parfaitement à l’analyse et à la comparaison de la structure tridimensionnelle précise des membranes cellulaires lors de l’infection et de l’exposition aux médicaments », explique M. Vhinen-Ranta.

Soft Tröntgenmicroscopy images de cellules infectées par le virus de l’herpès. A) Cellule infectée et (B) son modèle de densité tridimensionnelle (Aho et al. 2017). C) Canaux formés par le virus dans la chromatine de la cellule hôte (Myllys et al., 2016). (Descriptions : National Center for X-Ray Tomography, Berkeley, CA, États-Unis).

Dans une étude sur le virus de l’herpès, les chercheurs se concentrer sur la façon dont le virus se met en place après avoir augmenté sa sortie du noyau de la cellule hôte. L’objectif est à la fois de découvrir les mécanismes du mouvement des virus de l’herpès dans la baignoire, et de rechercher des moyens par lesquels le virus de l’herpès peut être promu.

« Dans le noyau cellulaire, le virus de l’herpès se déplace dans une chromatine dense, semblable à un filet qui peut inhiber le mouvement du virus. La microscopie à rayons X doux est particulièrement adaptée à l’imagerie de la structure de la chromatine. Nous avons déjà montré que pendant l’infection virale, des canaux perméables à la chromatine sont formés que les virus peuvent utiliser pour faciliter leur écoulement », explique Virinen-Ranta.

En excluant le noyau du virus de l’herpès, les clés de sa destruction contre les cellules cancéreuses sont cachées : plus les virus sont libérés, plus ils détruisent efficacement les cellules cancéreuses, et plus les défenses immuno du corps sont activées pour détruire les cellules cancéreuses.

L’ objectif de abordable et largement utilisé microscope

Les spécialistes des virus impliqués dans le projet participent à la mise au point d’un nouveau type de microscope à rayons X doux adapté à une utilisation intensive en laboratoire. Un nouveau dispositif mis au point par SiriusXT Ltd à Dublin permettrait à un plus grand nombre de chercheurs d’utiliser cette méthode. Un microscope pourrait être utilisé pour examiner rapidement les cellules infectées par le virus, par exemple, dans des conditions de laboratoire.

Ce serait une étape importante, car il n’y a que trois microscopes de gentomographie à rayons X molles actuellement utilisés par les scientifiques en Europe : « Diamond » à Oxford, « Helmholtz-Zentrum Berlin » à Berlin et « Alba » à Barcelone.

« Ils sont situés dans des unités associées à des accélérateurs de particules, où l’accès à l’imagerie est un processus difficile et fastidieux », explique Maija Vhinen-Ranta.

Le Centre de nanoscience participe à la microscopie confocale

À l’ Université de Jyväskylä, l’étude du groupe Maija Vhinen-Rranta utilise notamment microscopie par fluorescence pour l’élucidation des interactions virus-cellules.

Mouvement de l’herpèsvirus capside dans la chromatine du noyau de la cellule hôte (Aho et al. 2019).

Les microscopes confocaux au Centre de nanoscience de l’Université de Jyväskylä et au Département des sciences biologiques et de l’environnement, ainsi que les microscopes d’autres groupes collaboratifs internationaux et nationaux permettent d’obtenir une imagerie tridimensionnelle précise des cellules infectées par le virus et de surveiller le mouvement des virus dans les cellules vivantes. En imagerie, les protéines virales et cellulaires fluorescentes sont utilisées pour découvrir les interactions et le mouvement des structures virus-cellulaires.

Maija Vhinen-Ranta travaille à l’Université de Jyväskylä sur le campus de Ylvänrintee.

Ces dernières années, le groupe Vihinen-Rranta s’est développé pour devenir neuf esprits. Le groupe a obtenu son travail en plus d’un important financement Horizon 2020 (830 000 EUR), d’un financement de projets de l’Académie de Finlande et d’un financement de la Fondation Jane et Aatos Erko (1 200 000 EUR).

Lien vers le groupe de recherche Maija Vhinen-Rranta

Lien vers un bulletin publié par NovauCD, l’unité d’innovation de l’Université de Dublin.