Le virus herpes simplex de type 1 (HSV-1) infecte environ 70 % de la population humaine mondiale¹. Lors de la primoinfection, le virus infecte de manière lytique les cellules épithéliales de la région oro-faciale. Par la suite, HSV-1 pénètre dans les terminaisons axonales des neurones sensitifs innervant le visage, et gagne, par un transport rétrograde, leurs corps cellulaires situés dans les ganglions des nerfs trijumeaux. Dans la particule virale, le génome viral est sous forme d’un ADN double brin, dépourvu de nucléosome, d’une taille de 150 kb. Lorsque cet ADN viral est expulsé dans le noyau des neurones infectés, il est circularisé, « chromatinisé », et il persiste sous la forme d’un minichromosome non-intégré dans le génome cellulaire (épisome viral). L’établissement du cycle latent est caractérisé par un changement transcriptionnel majeur : répression des gènes viraux lytiques et production de transcrits « latents » (latency-associated transcripts, LAT). Du point de vue chromatinien, la latence est caractérisée par la mise en place de marques épigénétiques répressives sur le génome viral chromatinisé [1, 2]. Le virus se maintient dans les neurones sous cette forme latente pendant toute la vie de l’individu [3]. La latence virale n’est d’ailleurs pas une situation figée, mais est plutôt une bataille dynamique opposant des tentatives du virus de se réactiver, le plus souvent avortées, et des mécanismes moléculaires et immuns contenant le virus sous une forme latente. Par suite de différents stress, HSV-1 est malgré tout capable, de temps à autre, d’aller jusqu’au bout du processus de réactivation et de produire de nouvelles particules virales infectieuses [3]. Ces nouveaux virions vont gagner, par transport antérograde, les sites périphériques innervés par les neurones sensitifs. Les manifestations varient alors selon le tissu atteint : herpès labial (« bouton de fièvre ») ou kératite herpétique. Les virons peuvent également migrer en sens inverse vers le système nerveux central, ce qui peut entraîner une neuro-invasion. Un nombre croissant d’études convergent vers l’hypothèse d’un lien de causalité entre l’infection du système nerveux central par HSV-1 et certaines maladies neurodégénératives, notamment la maladie d’Alzheimer [4]. Il importe donc d’élucider les mécanismes moléculaires qui contrôlent la latence et la réactivation de HSV-1 afin de pouvoir développer de nouvelles stratégies antivirales.

Lors de la latence de HSV-1 dans les neurones, une partie des génomes viraux sont encapsulés dans des corps nucléaires formés par la protéine de la leucémie promyélocytaire aigüe (promyelocytic leukemia protein, PML) (PML nuclear bodies, PML NB) : ces structures sont appelées viral DNA-containing PML NB (vDCP NB) [5]. Elles sont associées moléculairement à des formes latentesquiescentes des génomes viraux (lqHSV-1). Dans les vDCP NB, les génomes viraux sont totalement inactifs du point de vue transcriptionnel, mais ne sont pas définitivement réprimés pour autant [5, 6]. Les génomes lqHSV-1 sont chromatinisés, notamment par le dépôt du variant d’histone H3.3 grâce aux protéines chaperons d’histones HIRA et DAXX/ATRX [7]. De plus, au sein des PML NB, l’histone H3 de la chromatine virale est enrichie en lysine 9 triméthylée (H3K9me3), une marque répressive de la transcription, caractéristique de l’hétérochromatine constitutive [7] (Figure 1). Cependant, les facteurs cellulaires impliqués dans l’établissement et le maintien de cette marque restent à définir.

Figure 1. Modèle de l’établissement de la latence et de la réactivation du virus HSV-1. Le génome viral entrant est « chromatinisé » grâce aux chaperons d’histones DAXX/ ATRX et HIRA, et encapsulé au sein de corps nucléaires formés par la protéine de la leucémie promyélocytaire aigüe PML (viral DNA-containing PML nuclear bodies, vDCP NB) (1). L’axe protéique répresseur HUSH-SETDB1-MORC2 contrôle le dépôt de marques répressives H3K9me3 sur le génome viral chromatinisé, permettant le maintien de la latence de HSV-1 dans les vDCP NB (2). La réponse à un stress peut déclencher une phase initiale de réactivation [14], qu’on nomme phase d’animation car elle ne permet pas de produire des particules virales infectieuses, mais seulement des ARN codant des protéines virales, notamment ICP0 (3). ICP0 permet alors la réactivation complète du virus en induisant la dégradation de MORC2 (4), un effecteur indispensable pour la répression impliquant l’axe HUSH-SETDB1-MORC2, ainsi que la déstabilisation des vDCP NB par la dégradation de la protéine PML (5), entraînant une reprise de la transcription du génome viral et la production de particules virales.

Nous nous sommes intéressés au rôle d’un régulateur majeur de l’hétérochromatine : le complexe répresseur HUSH (human silencing hub). Ce complexe protéique est impliqué dans le contrôle des rétrovirus endogènes, notamment celui des éléments LINE-1 (long interspersed nuclear elements-1), mais aussi dans la réponse immunitaire intrinsèque contre les virus à ADN, intégrés ou non [8]. Il est composé de trois sousunités : MPP8 (M-phase phosphoprotein 8), qui possède un chromodomaine capable de se lier aux marques H3K9me3, périphiline-1 (PPHLN1), qui reconnaît les ARN dépourvus d’introns, et TASOR (transcription activation suppressor), qui assure la stabilité de HUSH. HUSH recrute deux effecteurs permettant l’extinction transcriptionnelle des gènes cibles : l’histone méthyltransférase SETDB1, impliquée dans le dépôt de la marque H3K9me3, et la protéine MORC2, qui assure la compaction de la chromatine nécessaire à l’activité répressive de HUSH [8]. À l’aide de modèles cellulaires et viraux reproduisant la formation des vDCP NB, nous avons exploré le rôle de l’axe HUSH-SETDB1-MORC2 dans le maintien des formes latentes-quiescentes de HSV-1 associées aux PML NB [9].

Nous avons d’abord étudié la localisation subcellulaire de HUSH, SETDB1, et MORC2 dans des cultures primaires de fibroblastes humains infectés par un virus HSV-1 permettant de reproduire les formes lqHSV-1 du génome viral [7]. Alors que SETDB1 se localise constitutivement dans les PML NB des cellules non infectées, les sous-unités de HUSH et MORC2 y sont indétectables. Dans les fibroblastes infectés de manière latente, les protéines de l’axe HUSH-SETDB1-MORC2, sauf TASOR, se co-localisent avec les génomes viraux latents au sein des PML NB. Pour démontrer l’interaction directe des protéines MPP8, périphiline-1, SETDB1, et MORC2 avec le génome viral, nous avons réalisé des expériences d’immunoprécipitation de la chromatine (ChIP) après infection par le virus lqHSV-1, suivie de PCR (polymerase chain reactions) quantitatives ciblant des séquences nucléotidiques représentatives de toutes les classes de gènes viraux lytiques et de latence (région promotrice ou région codante). Nous avons ensuite supprimé les sous-unités de HUSH, SETDB1 ou MORC2 en utilisant la méthode des ARN interférents, et avons, après infection par le virus lqHSV-1, effectué une ChIP dirigée contre la marque H3K9me3, suivie d’un séquençage nucléotidique à haut débit (ChIP-seq). Cette expérience a permis de montrer l’implication des protéines de l’axe HUSH-SETDB1-MORC2, à l’exception de TASOR, dans le dépôt de la marque H3K9me3 sur le génome lqHSV-1 [9]. Enfin, pour prouver le rôle déterminant de l’axe HUSH-SETDB1-MORC2 dans le maintien de la latence de HSV-1, nous avons induit la déplétion de SETDB1, MPP8, PPHLN1, ou MORC2, par la méthode des petits ARN « en épingle à cheveux » (short hairpin RNA, shRNA), après la formation des structures vDCP NB dans le modèle des fibroblastes infectés, et avons alors constaté la reprise du cycle lytique viral. Une déplétion de MORC2 dans un modèle de neurones sensitifs humains dérivés de cellules pluripotentes induites (human induced pluripotent stem cells, hiPSC) infectés par HSV-1 a permis de confirmer cet effet [9].

Lors d’une infection virale, différents facteurs cellulaires peuvent restreindre directement la réplication du virus (immunité intrinsèque). La protéine virale ICP0 (infected cell protein 0) codée par le génome de HSV-1 est une E3 ubiquitine ligase qui induit la dégradation de nombreux facteurs de restriction par le protéasome [10]. ICP0 provoque notamment la dégradation de la protéine PML, ce qui désorganise les PML NB. Nous avons montré que ICP0 induit la dégradation ciblée de MORC2, ce qui lève la répression impliquant l’axe HUSH-SETDB1-MORC2 [9]. Ce résultat établit un lien direct entre l’expression de la protéine ICP0, l’inhibition de l’axe HUSH-SETDB1-MORC2, et la réactivation de HSV-1 (Figure 1).

Les résultats de travaux récents indiquent qu’une protéine paralogue de TASOR, TASOR2, est capable de recruter MPP8 et PPHLN1 au sein d’un complexe HUSH « non-canonique », HUSH2 [11, 12]. TASOR2 pourrait donc constituer un nouveau régulateur de la latence de HSV-1 dans les corps nucléaires PML, et il serait pertinent de tester l’effet de sa déplétion. Par ailleurs, le fait que MORC2 soit une cible de ICP0 suggère que cette protéine cellulaire est un facteur de restriction virale. Plus largement, ce résultat ouvre des perspectives concernant l’implication des facteurs de la famille MORC dans la réponse antivirale. MORC3 est d’ailleurs également une cible de ICP0 [13].

Enfin, la présente étude ouvre également la voie à l’utilisation des neurones sensitifs dérivés de cellules humaines pluripotentes induites (hiPS DN) comme modèle pertinent pour explorer la latence et la réactivation de HSV-1. Les modèles en culture 2D et 3D, notamment sous la forme d’organoïdes sensitifs ou cérébraux, offrent une alternative prometteuse aux approches in vivo, notamment pour décrypter les mécanismes moléculaires et épigénétiques de la latence virale. Ils constituent également un outil précieux pour comprendre les effets pathogènes de la réactivation du virus, tels que la dégénérescence neuronale.

Liens d’intérêt

Les auteurs déclarent n’avoir aucun lien d’intérêt concernant les données publiées dans cet article.

Références

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Liste des figures

Figure 1. Modèle de l’établissement de la latence et de la réactivation du virus HSV-1. Le génome viral entrant est « chromatinisé » grâce aux chaperons d’histones DAXX/ ATRX et HIRA, et encapsulé au sein de corps nucléaires formés par la protéine de la leucémie promyélocytaire aigüe PML (viral DNA-containing PML nuclear bodies, vDCP NB) (1). L’axe protéique répresseur HUSH-SETDB1-MORC2 contrôle le dépôt de marques répressives H3K9me3 sur le génome viral chromatinisé, permettant le maintien de la latence de HSV-1 dans les vDCP NB (2). La réponse à un stress peut déclencher une phase initiale de réactivation [14], qu’on nomme phase d’animation car elle ne permet pas de produire des particules virales infectieuses, mais seulement des ARN codant des protéines virales, notamment ICP0 (3). ICP0 permet alors la réactivation complète du virus en induisant la dégradation de MORC2 (4), un effecteur indispensable pour la répression impliquant l’axe HUSH-SETDB1-MORC2, ainsi que la déstabilisation des vDCP NB par la dégradation de la protéine PML (5), entraînant une reprise de la transcription du génome viral et la production de particules virales.

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