Effet cytopathique (CPE): comment les virus s’en sortent avec le meurtre

Les virus, par définition, sont invisibles à nos yeux. Ce sont des nanostructures qui ne peuvent être visibles qu’à l’aide de la microscopie électronique, une technique qui prend du temps et qui n’est pas accessible à tous. En conséquence, un virologue doit trouver des alternatives pour pouvoir travailler et étudier son objet d’intérêt. Une façon pratique de ”voir » et de mesurer indirectement une infection virale consiste à examiner les dommages qu’un virus cause à une cellule. Cette souffrance ou ce dommage est connu sous le nom d’effet cytophatique (CPE) et sa mesure est largement utilisée dans les laboratoires de virologie du monde entier.

Le CPE est une approche très basique pour comprendre comment un virus infecte une cellule, mais cela ne signifie pas qu’il est simplement utilisé dans la recherche scientifique fondamentale. La mesure des CPE peut également être une lecture très utile pour les entreprises pharmaceutiques et les laboratoires de diagnostic.

Qu’est-ce que l’effet cytophatique induit par le virus?

Les virus sont des parasites qui ont besoin d’une cellule hôte pour se répliquer. Une fois à l’intérieur de la cellule, ils détournent la machinerie cellulaire pour produire ses propres protéines, acide nucléique et membrane (en cas de besoin).

Comme le virus occupe des facteurs cellulaires qui sont autrement utilisés par la cellule, sa réplication peut altérer les fonctions de base des cellules hôtes ou même la détruire. L’ensemble des changements cellulaires ou des altérations résultant d’une infection virale sont connus sous le nom de CPE. Ce sont généralement des changements négatifs qui peuvent provoquer des modifications structurelles, métaboliques ou fonctionnelles dans la cellule infectée. Au fil du temps, les CPE peuvent donner lieu aux effets pathologiques du virus (la maladie).

Exemples classiques de l’effet cytopathique

Un CPE induit par le virus bien connu est la mort cellulaire (regardez une vidéo d’une cellule mourante). De nombreux virus tuent les cellules soit par lyse, soit en induisant l’apoptose. Par exemple, le VIH est connu pour tuer les lymphocytes T CD4+, ce qui est la principale raison pour laquelle les individus infectés deviennent immunodéprimés.

En laboratoire, un moyen facile de tuer une lignée cellulaire de moustiques (comme C6 /36) ou des cellules Vero est de l’infecter avec n’importe quel arbovirus célèbre, comme le Chikungunya, la Dengue ou le Zika. Après quelques jours d’infection, les cellules se désagrègent juste devant vos yeux (Fig. 1).

Figure 1/Les cellules Vero ont été infectées par le virus Zika. Après 72 h d’infection, un CPE clair est évident par la présence de debri cellulaire à la suite de la mort cellulaire.

Un autre exemple de CPE est la formation de syncytia. Les cellules infectées par des virus enveloppés expriment des protéines virales sur leur membrane plasmique, qui sont utilisées par les virus pour médier la fusion avec la cellule hôte. Lorsque ces protéines virales se lient à des récepteurs à la surface des cellules voisines, une fusion cellule–cellule se produit, entraînant la formation de syncytia (cellule géante multinucléée).

Le virus respiratoire syncytial (VRS) est la principale cause de pneumonie virale chez les jeunes enfants. Son nom vient du fait qu’il peut former une syncytie en culture cellulaire mais, remarquablement, également dans les poumons des patients infectés.

Les modifications de la morphologie cellulaire liées au CPE comprennent également l’arrondi, le détachement et/ ou l’agglutination des cellules adhérentes. Dans ce cas, les cellules infectées restent métaboliquement actives pour répliquer le virus, mais leur cytosquelette est modifié. Les changements morphologiques peuvent s’expliquer par une régulation à la baisse de l’expression des protéines d’adhésion de surface à la suite d’une infection. Le virus Ebola, par exemple, est connu pour provoquer des changements morphologiques spectaculaires dans les cellules adhérentes en diminuant l’expression de l’intégrine β1.

Avez-vous vraiment besoin de tant de drame (mort, gigantisme, déformation) pour qu’il soit considéré comme un CPE? Aucun. Les cellules peuvent simplement « se comporter » différemment lorsqu’elles sont infectées, mais se ressemblent. Des changements de type CPE plus subtils mais toujours clairs peuvent inclure une modification du taux de croissance / de la cinétique, des changements dans une activité métabolique donnée ou des changements dans la fonction cellulaire. Parmi les différents virus qui peuvent induire ces types de CPE se trouve le virus Zika. En 2015, ce virus transmis par les moustiques faisait la une des journaux car il provoque une microcéphalie, une atteinte neurologique grave caractérisée par une taille réduite du cerveau chez les fœtus. Plus tard, il a été décrit que la microcéphalie est le résultat de plusieurs effets cytopathiques induits par le Zika sur les cellules neurales, y compris l’hypertrophie cellulaire, la restriction de croissance, la dérégulation du cycle cellulaire et la mort cellulaire. Un test de formation de colonies a été utilisé, par exemple, pour identifier laquelle des différentes protéines Zika interfère avec la prolifération cellulaire.

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Les effets cytopathiques sont le résultat d’interactions virus-hôte

Il est important de mentionner que le CPE n’est pas seulement défini par le virus, mais aussi par la cellule hôte. Cela dépend de la permissivité des cellules à l’infection. Être une cellule permissive, qui peut soutenir la croissance d’un virus. En d’autres termes, tous les virus ne peuvent pas infecter tous les types de cellules. Pour faire simple, nous pouvons dire que:

• Le virus cellulaire non permissif ne peut pas infecter
• Le virus cellulaire permissif peut se répliquer, mais ne provoque pas de CPE évident
• Le virus cellulaire hautement permissif se réplique et induit un CPE évident

Donc si vous ajoutez un virus à vos cellules et que rien ne se passe, ne vous inquiétez pas. Vous avez juste besoin de trouver la bonne combinaison virus-cellules.

Lectures – Comment mesurer les CPE?

Les changements cellulaires induits par le virus comme la mort cellulaire ou une morphologie altérée sont visibles par microscopie optique. Vous pouvez simplement placer votre plaque sous un microscope inversé standard et voir si vos cellules sont mortes ou ont changé d’une manière ou d’une autre. Un aspect positif de cette approche est qu’elle est « facile » car elle ne nécessite aucun traitement de l’échantillon, ce qui évite la fixation ou la coloration des artefacts.

À la baisse, il est qualitatif et non quantitatif, et il repose fortement sur la formation de l’observateur. De nos jours, cette approche peut être automatisée en effectuant un suivi en temps réel de la cytopathogenèse induite par le virus. Par exemple, les altérations virales de la propagation et de la prolifération cellulaires peuvent être évaluées au moyen d’un test de cicatrisation, dans lequel une vitesse de migration collective et unicellulaire réduite peut être détectée ainsi que de graves modifications de la morphologie cellulaire. Une autre approche quantitative est le suivi de la prolifération cellulaire par analyse automatisée d’images. Avec cette technologie, il est possible de générer des courbes de croissance des infectés vs. cultures cellulaires non infectées pour quantifier correctement l’effet cytopathique qu’une infection virale peut avoir.

Si les cellules mortelles sont ce qui fait votre journée, une alternative est le fameux test de plaque. Cette technique de virologie classique est utilisée pour quantifier les particules virales infectieuses et repose sur le principe que les virus peuvent induire une lyse cellulaire. Après avoir infecté une monocouche de cellules hautement permissives, les cellules sont contre-colorées avec du violet cristallin (les cellules vivantes sont colorées, les cellules mortelles restent non colorées), ce qui donne de belles plaques (zones de cellules mortelles) qui peuvent être facilement quantifiées à l’œil nu.

Mais vous n’avez pas besoin de voir vos cellules pour savoir qu’elles sont mort. La viabilité cellulaire post-infection peut être mesurée en quantifiant la concentration intracellulaire d’ATP avec la luciférase de luciole ou avec le test MTT traditionnel.

Travailler avec des virus peut être compliqué, les laboratoires BSL-3/4 ont des mesures de sécurité strictes et entrer et sortir du laboratoire prend beaucoup de temps. Pour les chercheurs à la recherche d’une solution pour surveiller leurs cellules, sans avoir à entrer dans le laboratoire, nous recommandons de regarder le kit CytoSMART Lux2 Duo.

Applications

Votre virus induit-il un CPE? Pouvez-vous le voir ou le mesurer clairement? Très bien! Vous pouvez utiliser ce CPE comme lecture d’une infection virale ou d’une réplication réussie. Un CPE donné peut servir d’indicateur pour savoir comment prévenir une infection, pour caractériser les facteurs d’hôte ou d’agent pathogène nécessaires à la survenue d’une infection, pour identifier le tropisme viral, entre autres. En termes pratiques, cela signifie qu’il peut être utilisé comme lecture pour:

• Dépistage et évaluation du composé antiviral
  Un candidat médicament peut-il prévenir la formation de CPE?
• Dépistage des anticorps neutralisants
  Un anticorps donné peut-il inhiber le CPE induit par le virus?
• Surveillance de la résistance aux antiviraux (phénotypage)
  Un isolat de virus donné peut-il induire des CPE en présence de médicaments antiviraux?
• Caractérisation du tropisme viral
  Quels types cellulaires sont préférentiellement infectés par un virus ? Pourquoi? (Consultez une publication récente avec le tristement célèbre SARS-CoV-2 in.)
• Diagnostic des maladies virales
  Un virus infecte-t-il activement une personne? L’échantillon clinique prélevé sur cette personne induit-il des DÉC? Gardons à l’esprit que la plupart des méthodes de diagnostic (ELISA, RT-qPCR) ne détectent pas les particules virales infectieuses.

Pour conclure

Bien qu’il existe plusieurs façons de mesurer l’infection virale, la recherche de CPE dans les cellules permissives reste une alternative largement utilisée. Pour que cela soit vraiment utile, vous devez trouver la bonne combinaison: un virus, une cellule permissive et une lecture précise. Une fois que vous avez trouvé cette combinaison, les applications peuvent être très diverses et utiles dans un cadre universitaire, dans l’industrie ou dans le diagnostic clinique.

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