The potential role of Siglec-1 receptor as a therapeutic target against dendritic cell mediated dissemination of enveloped viruses

Abstract

Les cèl·lules dendrítiques tenen un paper clau en l'inici de respostes immunitàries adaptatives específiques contra els virus. Posseeixen la capacitat única de capturar, processar i presentar antígens virals als limfòcits T, un pas crític en la defensa immunitària. Tanmateix, aquestes cèl·lules també poden contribuir a les primeres etapes de la disseminació viral durant algunes infeccions. Això es deu a la capacitat del receptor Siglec-1/CD169 expressat a la superfície de les cèl·lules dendrítiques, que reconeix específicament gangliòsids sialilats presents a la membrana de virus embolcallats, com el VIH-1 o el virus de l'Ebola (EBOV). Curiosament, l'expressió de Siglec-1 es regula significativament quan les cèl·lules dendrítiques s'estimulen amb factors d'activació immune com l'interferó-alfa o el lipopolisacàrid, els quals es troben habitualment presents durant diferents processos infecciosos.

El nostre grup havia demostrat prèviament que el reconeixement del VIH-1 per part de Siglec-1 condueix a l'acumulació de partícules virals dins d'un compartiment que conté virus semblant a un sac, que permet que el virus romangui intacte dins les cèl·lules dendrítiques i es transmeti als limfòcits T CD4+, la seva diana cel·lular final, els quals s'infecten productivament per aquest mecanisme conegut com a trans-infecció. Estudis anteriors han demostrat que la interacció entre Siglec-1 i VIH-1 es basa en el reconeixement de gangliòsids sialats com el GM1, que s'ha trobat a les membranes del VIH-1, però també a les membranes d'altres virus com l'EBOV. El nostre grup ha demostrat que les partícules pseudovirals de l'EBOV també es capturen de manera dependent de Siglec-1, donant lloc a la formació de compartiments virals, la qual cosa afavoreix la fusió viral. Aquests resultats suggereixen que Siglec-1 podria actuar com a receptor auxiliar, facilitant l'entrada viral i la difusió d'altres virus embolcallats. En línia amb aquesta hipòtesi, aquí mostrem que el SARS-CoV-2, un virus embolcallat responsable de la pandèmia global de COVID-19, conté gangliòsids GM1 a la seva membrana i és capturat mitjançant Siglec-1 per cèl·lules dendrítiques i macròfags. Tot i que les cèl·lules dendrítiques no s'infecten productivament, el SARS-CoV-2 va seguir un mecanisme de trans-infecció similar al descrit per al VIH-1. A continuació, vam estudiar la possible contribució de Siglec-1 a la captura d'arenavirus, que és una altra família de virus embolcallats responsables de provocar febres hemorràgiques en humans. Vam trobar que la captura de partícules pseudovirals dels arenavirus Junín i Lassa depenia de Siglec-1 i va provocar la formació de compartiment virals en les cèl·lules dendrítiques. Atès que les cèl·lules dendrítiques són cèl·lules diana per a la infecció dels arenavirus, Siglec-1 podria actuar com a receptor auxiliar facilitant la seva fusió, com s'havia vist per l'EBOV.

Aquests resultats ens vam impulsar a explorar el possible paper de Siglec-1 com a diana terapèutica contra la difusió de virus embolcallats mitjançant cèl·lules dendrítiques. Després del nostre treball anterior en el qual havíem identificat 5 anticossos monoclonals murins anti-Siglec-1 que bloquegen la captura viral mitjançant Siglec-1, vam generar Fabs i anticossos humanitzats anti-Siglec-1, en un intent de desenvolupar un tractament antiviral dirigit contra molècules de l'hoste. Tant els Fabs com els anticossos humanitzats inhibeixen la infecció en cis (EBOV/Arenavirus) o trans (VIH-1/SARS-CoV-2) mitjançant el receptor Siglec-1 en cèl·lules dendrítiques, tot suggerint el seu potencial us com a antivirals d'ampli espectre.

Las células dendríticas desempeñan un papel clave en la iniciación de la respuesta inmunitaria adaptativa específica contra los virus. Poseen la capacidad única de capturar, procesar y presentar antígenos virales a los linfocitos T, un paso crítico en la defensa inmunológica. Sin embargo, estas células también pueden contribuir a las etapas iniciales de la diseminación viral en algunas infecciones. Esto se debe a la capacidad del receptor Siglec-1/CD169 expresado en las células dendríticas, que reconoce específicamente gangliósidos sialilados presentes en la membrana viral de virus envueltos como el HIV-1 o el virus del Ébola. Curiosamente, la expresión de Siglec-1 se incrementa significativamente cuando las células dendríticas son estimuladas con factores inmunitarios como el interferón-alfa y el lipopolisacárido, que se encuentran comúnmente en diferentes procesos infecciosos.

Nuestro grupo ha demostrado previamente que el reconocimiento del HIV-1 por Siglec-1 conduce a la acumulación de partículas virales en un compartimento parecido a una bolsa que contiene virus (VCC), lo que permite que el virus permanezca dentro de las células dendríticas y se transmita a las células CD4+ T diana, que se infectan de manera productiva mediante este mecanismo conocido como trans-infección. Estudios previos han demostrado que la interacción entre Siglec-1 y el HIV-1 depende del reconocimiento de gangliósidos sialilados como el GM1, que se encuentra en las membranas del HIV-1, pero también en las membranas de otros virus como el virus del Ébola (EBOV). Nuestro grupo ha demostrado que las partículas virales (VLP) de EBOV se capturan de manera dependiente de Siglec-1, lo que conduce a la formación de un VCC que favorece la fusión viral. Estos resultados sugieren que Siglec-1 podría actuar como un receptor auxiliar, facilitando la entrada viral y la diseminación de distintos virus envueltos.

Siguiendo esta hipótesis, a lo largo de este trabajo demostramos que el virus SARS-CoV-2, un virus envuelto responsable de la pandemia global de la COVID-19, contiene gangliósidos GM1 en su membrana y es capturado a través de Siglec-1 por las células dendríticas y los macrófagos. Aunque las células dendríticas no se infectaron de manera productiva, el SARS-CoV-2 siguió un mecanismo de trans-infección similar al descrito para el HIV-1. A continuación, estudiamos la posible contribución de Siglec-1 a la captura de arenavirus, que es otra familia de virus envueltos responsables de causar fiebres hemorrágicas en los seres humanos. Descubrimos que la captura de dos VLP diferentes de los arenavirus Junín y Lassa dependía de Siglec-1 y condujo a la formación de un VCC en las células dendríticas. Dado que las células dendríticas son las células diana principales para la infección por arenavirus, Siglec-1 podría actuar como un receptor auxiliar que facilita la fusión de los arenavirus, como se observa en el caso del EBOV.

Estos resultados nos llevaron a explorar el posible papel de Siglec-1 como objetivo terapéutico contra la diseminación de virus envueltos mediada por las células dendríticas. Siguiendo nuestro trabajo previo, donde identificamos 5 anticuerpos monoclonales murinos (mAbs) anti-Siglec-1 distintos que inhiben la captura viral mediada por Siglec-1, generamos fragmentos de anticuerpos anti-Siglec-1 y anticuerpos monoclonales humanizados anti-Siglec-1 en un intento de desarrollar un tratamiento antiviral dirigido al huésped. En general, la actividad de los fragmentos de anticuerpos anti-Siglec-1 y los anticuerpos monoclonales humanizados inhibe la infección en cis (virus del Ébola/arenavirus) o en trans (HIV-1/SARS-CoV-2) mediada por el receptor Siglec-1 en las células dendríticas, lo que sugiere su potencial uso como antivirales de amplio espectro.

Dendritic cells (DCs) play a key role in initiating specific adaptive immune responses against viruses. They possess the unique capability to capture, process, and present viral antigens to T lymphocytes, a critical step in the immune defence. However, these cells can also contribute to the early stages of viral dissemination during some infections. This is due to the capacity of Siglec-1/CD169 receptor expressed on DCs, which specifically recognizes sialylated gangliosides present on the viral membrane of enveloped viruses such as HIV-1 or Ebola virus. Curiously, Siglec-1 expression is significantly up-regulated when dendritic cells are stimulated with immune-activating factors like interferon-alpha and lipopolysaccharide, both of which are commonly found during different infectious processes.

Our group has previously shown that the recognition of HIV-1 by Siglec-1 leads to the accumulation of viral particles within a sac-like virus-containing compartment (VCC), which allows the virus to remain inside DCs and be transmitted to target CD4+ T cells, which become productively infected by this mechanism known as trans-infection. Previous studies have shown that the interaction between Siglec-1 and HIV-1 relies on the recognition of syalilated gangliosides such as GM1, which has been found in HIV-1 membranes, but also in the membranes of other viruses such as Ebola virus (EBOV). Our group has shown that EBOV viral-like particles (VLPs) were captured in a Siglec-1 dependent manner, leading to the formation of a VCC that favour viral fusion. These results suggest that Siglec-1 might act as an auxiliary receptor, facilitating viral entry and dissemination of distinct enveloped viruses.

Following this hypothesis, here we show that SARS-CoV-2, an enveloped virus responsible for the COVID-19 global pandemic, contains GM1 gangliosides in their membrane and is captured via Siglec-1 by DCs and macrophages. While DCs did not get productively infected, SARS-CoV-2 followed a similar trans-infection mechanism as to that described for HIV-1. We next studied the possible contribution of Siglec-1 to the capture of arenaviruses, which is another family of enveloped viruses responsible for causing haemorrhagic fevers in humans. We found that the capture of two different VLPs from the Junín and Lassa arenaviruses was Siglec-1 dependent and led to the formation of a VCC in DCs. Given that DCs are the primary target cells for arenavirus infection, Siglec-1 might act as an auxiliary receptor facilitating arenaviruses fusion, as seen for EBOV.

These results prompted us to explore the possible role of Siglec-1 as a therapeutic target against DC mediated dissemination of enveloped viruses. Following our previous work were we have identified 5 distinct murine anti-Siglec-1 monoclonal antibodies (mAbs) abrogating Siglec-1 mediated viral uptake, we generated anti-Siglec-1 Fabs and humanized anti-Siglec-m Abs in an attempt to develop a host-directed antiviral treatment. Overall, the activity of anti-Siglec-1 Fabs and human mAbs inhibits the infection in cis (Ebola virus/Arenavirus) or trans (HIV-1/SARS-CoV-2) mediated by Siglec-1 receptor on DCs and suggests their potential use as broad-spectrum antivirals.