L’induzione della peptidilarginina deaminasi 3 da parte di HSV-1 come strategia per eludere i meccanismi cellulari di restrizione antivirale

Herpes simplex virus 1 (HSV-1) is a neurotropic virus that establishes a latent infection in neuronal cell bodies. From here, it can reactivate from latency many times over the lifetime of the individual, causing severe adverse reactions, such as herpes simplex encephalitis (HSE). The absence of an effective vaccine and the emergence of numerous drug-resistant variants have made it necessary the development of new antiviral agents that can counteract HSV-1 infection. In recent years, Host-targeting antivirals (HTAs) have emerged as promising antiviral compounds capable of acting on host-cell factors essential for viral replication. This Thesis work analyzes the inhibitory activity against HSV-1 carried out by a new class of HTAs targeting peptidyl-arginine deiminases (PADs), a family of calcium-dependent enzymes that catalyze the process of protein citrullination. Furthermore, it is shown that HSV-1 infection leads to increased citrullination of several proteins through transcriptional activation of three isoforms of PAD: PAD2, PAD3, and PAD4. Interestingly, depletion of PAD3 by specific inhibitors or siRNA greatly hinders HSV-1 replication. Finally, in deep citrullimone analysis revealed significant changes in the deimination levels of cellular and viral proteins. Between them, interferon (IFN)-inducible proteins IFIT1 and IFIT2, are among the most deiminated. Since genetic depletion of IFIT1 and IFIT2 strongly increases the growth of HSV-1, it is proposed that citrullination of IFIT1 and 2 is, for HSV-1, a highly efficient evasion mechanism from antiviral host resistance. Overall, these results indicate a crucial role of citrullination in subverting cellular responses to viral infection and demonstrate that PAD inhibitors effectively suppress HSV-1 infection in vitro, providing the basis for their possible use as antiviral drugs for HSV-1.

L’Herpes simplex virus 1 (HSV-1) è un virus neurotropo che instaura un’infezione latente nei corpi cellulari neuronali. Da questa sede può riattivarsi molteplici volte nel corso della vita dell’individuo causando anche gravi reazioni avverse, come l'encefalite da herpes simplex (HSE). L’assenza di un vaccino efficace e l’insorgenza di numerose varianti farmaco-resistenti hanno reso necessario lo sviluppo di nuovi agenti antivirali in grado di contrastare l’infezione da HSV-1. Gli host-targeting antivirals (HTAs) sono emersi negli ultimi anni come composti antivirali promettenti capaci di agire su fattori delle cellule ospiti essenziali alla replicazione virale. In questo lavoro di tesi abbiamo analizzato l’attività inibitoria contro l’HSV-1 svolta da una nuova classe di HTAs che ha come bersaglio le peptidil-arginina deiminasi (PADs), una famiglia di enzimi calcio-dipendente che catalizza il processo di citrullinazione o deiminazione delle proteine. Abbiamo inoltre dimostrato che l’infezione da HSV-1 porta ad un aumento significativo dell’attività trascrizionale di tre isoforme di PAD, quali PAD2, PAD3 e PAD4, e che la deplezione di PAD3 tramite specifici inibitori farmacologici o siRNA ostacola significativamente la replicazione di HSV-1. Infine, una dettagliata analisi del citrullinoma tramite spettrometria di massa ci ha consentito di rilevare cambiamenti significativi nei livelli di deiminazione di proteine cellulari e virali. Tra le prime, le proteine interferon (IFN)-inducibili IFIT1 e IFIT2 sono risultate tra le più deiminate. Dal momento che la deplezione genetica di IFIT1 e IFIT2 coincide con un aumento della replicazione di HSV-1, proponiamo che la citrullinazione di IFIT1 e IFIT2 rappresenti un nuovo meccanismo che HSV-1 induce per evadere dalla resistenza antivirale dell’ospite. In conclusione, questi risultati confermano il ruolo cruciale della citrullinazione nel sovvertire le risposte cellulari all’infezione virale e dimostrano che gli inibitori delle PAD sopprimono efficacemente l’infezione da HSV-1 in vitro, fornendo le basi per un possibile loro utilizzo come farmaci antivirali anti-HSV-1.