Les chercheurs sur le VIH tentent depuis longtemps d’identifier les cellules spécifiques que le virus préfère infecter et cacher. Ils savent que le VIH favorise un type particulier de cellules immunitaires appelées lymphocytes T CD4 mémoire. 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, l’associée de recherche Gladstone Nadia Roan, PhD, et son équipe ont abordé cette question en analysant les lymphocytes T CD4 en fonction de la collection de protéines qu’ils contiennent à leur surface. Récemment, ils ont jeté leur dévolu sur un autre type de molécules à la surface des cellules : les sucres.
Roan s’est associé à Mohamed Abdel-Mohsen, PhD, professeur agrégé à l’Institut Wistar et spécialiste de la machinerie cellulaire qui synthétise les sucres. Ensemble, les scientifiques ont découvert des modèles de sucre étonnamment différents dans différentes cellules immunitaires et une interaction intrigante entre le VIH et les sucres qui recouvrent les cellules T CD4. Ils rapportent leurs découvertes dans le journal. eVie.
« L’une des découvertes les plus surprenantes de notre étude est que la quantité d’un seul type de sucre de surface peut faire la distinction entre les cellules T CD4 mémoire avec des caractéristiques biologiques très différentes et une sensibilité à l’infection par le VIH », explique Roan, qui est également professeur agrégé de urologie à l’UC San Francisco et co-auteur principal de l’étude.
Le travail montre également une nouvelle technique pour étudier les 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. Mais ils ont été mal étudiés, en partie parce qu’ils sont plus difficiles à suivre que les protéines. En classant 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 précédentes et pourraient détenir la clé pour résoudre d’importants problèmes biologiques. »
Mohamed Abdel-Mohsen, PhD, co-auteur principal de l’étude
Inspection des sucres qui enrobent les cellules individuelles
Les chercheurs ont étudié plusieurs 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 différencier les différents types de cellules au sein d’une population de cellules immunitaires », explique Tongcui Ma, PhD, premier auteur de l’étude et scientifique de 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 qui peuvent faire la distinction entre une variété de sucres avec différentes formes moléculaires et compositions, et nous prévoyons d’étendre notre travail en utilisant de nouvelles lectines à l’avenir. »
À l’aide du CyTOF modifié, qu’ils ont appelé 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 de quel type de cellules immunitaires il s’agissait ; Lymphocytes T CD4 versus autres lymphocytes T versus lymphocytes B producteurs d’anticorps.
« Nous disposons désormais d’un bon ensemble d’outils pour analyser en détail la combinaison de protéines et de sucres présents dans les 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. »
Dent sucrée du VIH
Encouragés par cette découverte, les scientifiques ont appliqué CyTOF-Lec aux lymphocytes T CD4 qui avaient d’abord été 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 place 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 semblait infecter préférentiellement les lymphocytes T CD4 mémoire avec la plupart 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 fait nécessaire au VIH pour infecter 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.
« Curieusement, il semble y avoir de multiples mécanismes pour garantir des niveaux élevés d’acide sialique dans les cellules infectées : le biais du VIH envers les cellules contenant beaucoup d’acide sialique et sa capacité à augmenter encore les quantités d’acide sialique à la 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 peuvent furtivement permettre au VIH de s’installer rapidement et de se propager à davantage de sites dans le corps. Ils pourraient aussi représenter de bonnes cibles thérapeutiques.
Le VIH se dérobe également aux défenses immunitaires en s’installant dans certaines cellules de manière largement silencieuse. Ces cellules infectées de manière silencieuse ou « latente » sont difficiles à éradiquer car jusqu’à présent il était 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 tuer 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.
Instituts Gladstone
Maman, t. et coll. (2022) L’analyse glycomique unicellulaire par CyTOF-Lec révèle les caractéristiques des glycanes qui définissent les cellules ayant une sensibilité différentielle au VIH. eLife. doi.org/10.7554/eLife.78870.