Recognition of hepatitis C virus RNA by toll like receptors 7 and 8 : implications for the initiation of innate immune response

Abstract

Le virus de l’hépatite C (VHC) est un virus à ARN simple brin positif (ssARN) qui se replique dans le foie. Deux cents millions de personnes sont infectées par le virus dans le monde et environ 80% d’entre elles progresseront vers un stade chronique de l’infection. Les thérapies anti-virales actuelles comme l’interféron (IFN) ou la ribavirin sont de plus en plus utilisées mais ne sont efficaces que dans la moitié des individus traités et sont souvent accompagnées d’une toxicité ou d’effets secondaires indésirables. Le système immunitaire inné est essentiel au contrôle des infections virales. Les réponses immunitaires innées sont activées suite à la reconnaissance par les Pathogen Recognition Receptors (PRRs), de motifs macromoléculaires dérivés du virus appelés Pathogen-Associated Molecular Patterns (PAMPs). Bien que l'activation du système immunitaire par l'ARN ou les protéines du VHC ait été largement étudiée, très peu de choses sont actuellement connues concernant la détection du virus par le système immunitaire inné. Et même si l’on peut très rapidement déceler des réponses immunes in vivo après infection par le VHC, l’augmentation progressive et continue de la charge virale met en évidence une incapacité du système immunitaire à contrôler l’infection virale. Une meilleure compréhension des mécanismes d’activation du système immunitaire par le VHC semble, par conséquent, essentielle au développement de stratégies antivirales plus efficaces.

Dans le présent travail nous montrons, dans un modèle de cellule primaire, que le génome ARN du VHC contient des séquences riches en GU capables de stimuler spécifiquement les récepteurs de type Toll (TLR) 7 et 8. Cette stimulation a pour conséquence la maturation des cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDCs), le production d’interféron de type I (IFN) ainsi que l’induction de chémokines et cytokines inflammatoires par les différentes types de cellules présentatrices d’antigènes (APCs). Les cytokines produites après stimulation de monocytes ou de pDCs par ces séquences ssARN virales, inhibent la production du virus de façon dépendante de l’IFN. En revanche, les cytokines produites après stimulation de cellules dendritiques myéloïdes (mDCs) ou de macrophages par ces mêmes séquences n’ont pas d’effet inhibiteur sur la production virale car les séquences ssARN virales n’induisent pas la production d’IFN par ces cellules. Les cytokines produites après stimulation des TLR 7/8 ont également pour effet de diminuer, de façon indépendante de l’IFN, l’expression du récepteur au VHC (CD81) sur la lignée cellulaire Huh7.5, ce qui pourrait avoir pour conséquence de restreindre l’infection par le VHC. Quoiqu’il en soit, même si les récepteurs au VHC comme le CD81 sont largement exprimés à la surface de différentes sous populations lymphocytaires, les DCs et les monocytes ne répondent pas aux VHC, Nos résultats indiquent que seuls les macrophages sont capables de reconnaître le VHC et de produire des cytokines inflammatoires en réponse à ce dernier. La reconnaissance du VHC par les macrophages est liée à l’expression membranaire de DC-SIGN et l’engagement des TLR 7/8 qui en résulte. Comme d’autres agonistes du TLR 7/8, le VHC stimule la production de cytokines inflammatoires (TNF-α, IL-8, IL-6 et IL-1b) mais n’induit pas la production d’interféron-beta par les macrophages. De manière attendue, la production de cytokines par des macrophages stimulés par les ligands du TLR 7/8 ou les séquences ssARN virales n’inhibent pas la réplication virale. Nos résultats mettent en évidence la capacité des séquences ssARN dérivées du VHC à stimuler les TLR 7/8 dans différentes populations de DC et à initier une réponse immunitaire innée qui aboutit à la suppression de la réplication virale de façon dépendante de l’IFN. Quoiqu’il en soit, le VHC est capable d’échapper à sa reconnaissance par les monocytes et les DCs qui ont le potentiel pour produire de l’IFN et inhiber la réplication virale après engagement des TLR 7/8. Les macrophages possèdent quant à eux la capacité de reconnaître le VHC grâce en partie à l’expression de DC-SIGN à leur surface, mais n’inhibent pas la réplication du virus car ils ne produisent pas d’IFN. L’échappement du VHC aux défenses antivirales pourrait ainsi expliquer l’échec du système immunitaire inné à contrôler l’infection par le VHC. De plus, la production de cytokines inflammatoires observée après stimulation in vitro des macrophages par le VHC suggère leur potentielle contribution dans l’inflammation que l’on retrouve chez les individus infectés par le VHC.

Hepatitis C virus (HCV), a positive single stranded RNA (ssRNA) virus that replicates in the liver, infects 200 million people worldwide, with approximately 80% of infected individuals ultimately suffering from chronic HCV infection. Antiviral therapies, including interferon and ribavirin, have improved considerably in recent years, but are effective in only about one-half of those treated, and are associated with significant side effects and toxicity. Innate immune defenses are essential to control viral infection; the innate response is activated through recognition of viral macromolecular motifs known as pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) that are recognized by a multitude of Pathogen recognition receptors (PRRs). Although immune activation induced by HCV RNA or proteins has been extensively studied, the detection of HCV by the innate immune system remains poorly understood. Despite activation of the immune response early after HCV infection in vivo, the persistent increase inpatient HCV viral load suggests the failure of the immune response to control HCV infection. A better understanding of the mechanisms of immune activation induced by HCV is crucial for development of effective strategies for HCV treatment. Here we demonstrate in primary cell models that the HCV genome contained GU-rich RNA sequences that specifically trigger Toll-like receptors (TLR) 7/8, resulting in maturation of plasmacytoid dendritic cells (pDCs) and production of type I interferon (IFN), induction of inflammatory cytokines and chemokines in different antigen presenting cells (APCs). Cytokines produced by monocytes and pDCs upon stimulation of HCV-derived ssRNA inhibited HCV production in an IFN-dependent manner, whereas cytokines produced by myeloid DCs (mDCs) and macrophages had no inhibitory effect on virus production, due to a defect in IFN induction by HCV ssRNA in these cells. TLR7/8 stimulated cytokines also down-regulated the expression of the HCV receptor CD81 on Huh7.5 in an IFN-independent manner that may restrict HCV infection. However, although HCV receptors like CD81 were widely expressed on different subsets of lymphocytes, DCs and monocytes did not respond to HCV particles, and our data indicates that only macrophages sense HCV and produce inflammatory cytokines. The recognition of HCV by macrophages is related to the expression of DC-SIGN on macrophages, and results in TLR7/8 engagement. Similar to a TLR7/8 agonist, HCV stimulation induces inflammatory cytokine production (TNF-α, IL-8, IL-6 and IL-1b) by macrophages but does not stimulate interferon-beta production in macrophages, Congruously, TLR7/8 and HCV RNA mediated cytokine production in macrophages did not inhibit HCV replication. Our results reveal that HCV RNA has the potential to trigger TLR7/8 in DC populations, and initiate an innate immune response against HCV infection that leads to an IFN-dependent suppression of viral replication. However, HCV is able to escape detection by monocytes and DCs, which produce type I IFN and suppress HCV replication when TLR7/8 is engaged. Macrophages possess the capacity to detect HCV, in part because of surface expression of DC-SIGN. In turn, macrophages produce inflammatory cytokines that nevertheless fail to inhibit HCV replication due to lack of IFN-beta production. Evasion of antiviral defense by HCV may explain the failure of innate immunity in control of HCV infection. Moreover, inflammatory cytokine production by macrophages upon HCV stimulation in vitro suggests that activation of macrophages may contribute to inflammation in HCV infected individuals.