Decoding protein networks during porcine epidemic diarrhea virus (PEDV) infection through proteomics

Abstract

Le virus de la diarrhée épidémique porcine (VDEP) est responsable de graves pertes économiques. Les épidémies de VDEP ont détruit plus de 10% de la population porcine américaine au cours des 3 dernières années. Malheureusement, la compréhension insuffisante des interactions hôte-virus empêche la mise au point d'un vaccin efficace contre le VDEP. Les interactions hôte-virus sont très dynamiques et peuvent impliquer des complexes multiprotéiques. De plus en plus de preuves indiquent que les microvésicules extracellulaires (MVE) et la composition des particules virales jouent un rôle important dans la pathogenèse virale et la modulation de la réponse immunitaire de l'hôte à l'infection. De plus, on pourrait s’attendre à ce que la composition des virions de la diarrhée épidémique porcine (DEP) soit dépendante du type cellulaire, en raison de l'incorporation ou de l'association de protéines de cellules hôtes dans ou avec des virions. Par conséquent, la caractérisation des profils protéomiques des MVEs produits par les cellules infectées par le VDEP, et l'identification des protéines hôtes spécifiquement encapsidées dans les virions sont importantes pour notre compréhension plus approfondie des interactions virus-hôte. Pour atteindre cet objectif, nous avons produit et purifié des virions et des MVE de VDEP et analysé leur composition en protéines en utilisant une approche protéomique. Afin d'étudier la régulation spatiotemporelle de l'infection virale, une certaine optimisation de l'infection par le VDEP était nécessaire. Pour cela, nous avons synchronisé et augmenté l'entrée de virus dans les cellules et étudié les schémas protéomiques des cellules infectées par le VDEP selon un mode de résolution temporelle. Nous avons constaté que l'infection par le VDEP affectait l'abondance de diverses protéines de l'hôte associées aux microvésicules produites par les cellules infectées. Plus précisément, nos données protéomiques ont révélé que les protéines impliquées dans la liaison aux acides nucléiques, les processus métaboliques et les voies de la réponse immunitaire étaient parmi les plus touchées par l'infection. Fait intéressant, les protéines de l'hôte impliquées dans la régulation du cycle cellulaire et du système cytosquelettique ont également été touchées en abondance, ce qui n'est pas étonnant, car plusieurs chercheurs ont rapporté que les protéines cytosquelettiques participent activement au déplacement des composants viraux vers le site d'assemblage et que de nombreux virus manipulent la réparation de l'ADN, ainsi que le cycle cellulaire. La présente étude a démontré IV l’incorporation de nombreuses protéines cellulaires dans les virions de la DEP. De plus, nous avons démontré que les polycations (molécules à charge positive) eu augmente 9-fois l'efficacité de l'entrée et de l'infection du VDEP. Ainsi, les polycations peuvent être utilisés pour optimiser l’infection par le VDEP, et améliorer la production de vaccins. À notre connaissance, il s'agit de la première étude de la composition des virions et des microvésicules de DEP produits par une infection par le VDEP.

Porcine epidemic diarrhea virus (PEDV) is responsible for severe economic losses. The PEDV epidemics have destroyed more than 10% of the US swine population in the past 3 years. Unfortunately, the insufficient understanding of virus-host interactions impedes the development of an effective vaccine against PEDV. Virus-host interactions are highly dynamic and may involve multiprotein complexes. Growing evidence indicates that extracellular microvesicles (EMV) and composition of the viral particles play an important role in viral pathogenesis and modulation of host immune responses to infection. Additionally, it could be expected that the composition of porcine epidemic diarrhea (PED) virions is cell type dependent, due to the differential incorporation or association of host cell proteins into or with virions. Consequently, the characterization of the proteomic profiles of the EMV, produced by the PEDV-infected cells, and identification of the host proteins that are specifically encapsidated into the virions are important for our further understanding of virus-host interactions. To accomplish this objective, we produced and purified PEDV virions and EMV and analyzed their protein composition using a proteomic approach. In order to investigate the spatial-temporal regulation of viral infection and due to the low overall infectivity of the virus, a certain optimization of the PEDV infection was needed. To this end, we synchronized and increased virus entry into the cells. This allowed us to study the proteomic patterns of the PEDV-infected cells in a time-resolved mode. We found that PEDV infection affected the abundance of various host proteins associated with microvesicles produced by the infected cells. More precisely, our proteomic data revealed that proteins involved in nucleic acids binding, metabolic processes and immune response pathways were among the most affected by the PEDV infection. Interestingly, host proteins involved in cell cycle regulation and cytoskeletal system also were affected in abundance, which is not surprising since several investigators have reported that cytoskeletal proteins are actively participating in moving the viral components to the assembly site, and that many viruses manipulate DNA repair and cell cycle. The present study has demonstrated the incorporation of numerous cellular proteins into the PED virions. Additionally, we demonstrated that treatment of PEDV virions with polycations (positively charged molecules) induced a nine-fold increase in the efficiency of viral entry and infection. Thus, polycations can be used for the optimization of PEDV infection and improved vaccine production. To the best of our knowledge, this is the first study of the composition of PED virions and microvesicles produced by PEDV infection.