Role of NOX2 and DUOX2 in the antiviral airway responses

Les voies respiratoires sont exposées à une panoplie de pathogènes. Lors d’une infection virale respiratoire les cellules qui recouvrent ces voies participent activement à la défense immunitaire contre ces derniers en limitant la propagation du virus et en engendrant une réponse proinflammatoire. Un évènement clef dans ces processus est l’activation des facteurs de transcription, notamment le « Nuclear Factor » (NF)-κB et l’« Interferon Regulatory Factor -3 » (IRF-3), qui régulent l’expression des cytokines antivirales et proinflammatoires.  Des données récentes démontrent que les dérivés actifs de l’oxygène (ROS), produits suite à une infection virale, ont la capacité de réguler les voies de signalisation enclenchées par NF-κB et IRF-3. Une source importante de ROS est la famille de NADPH oxydases (NOX), qui contient les membres NOX1-5 et DUOX1 et 2. L’objectif de notre étude était d’identifier la NOX qui régule les mécanismes antiviraux et proinflammatoires suite à l’infection avec le virus respiratoire syncytial (RSV), qui cause des complications respiratoires majeures, et le virus Sendai (SeV), un modèle viral non-pathogène.  Nos travaux ont permis d’identifier que NOX2 est une molécule clef dans la réponse proinflammatoire suite à l’infection virale. Plus spécifiquement, NOX2 est important pour l’activation de NF-κB et la sécrétion des cytokines régulées par ce dernier. De plus, nous avons observé une forte augmentation de la présence de DUOX2 dans les cellules de voies respiratoires humaines infectées par SeV. Une étude plus approfondie nous a permis de caractériser qu’une synergie entre deux cytokines secrétées lors de l’infection, soit l’interféron (IFN)β et le TNFα est responsable de l’induction de DUOX2. Nous avons aussi découvert que DUOX2 confère une activité antivirale et est nécessaire pour maintenir les taux des cytokines antivirales tardives IFNβ et IFNλ.   Lors d’une infection avec RSV, l’induction de DUOX2 n’est pas détectable. Nous avons  mis en évidence que RSV interfère avec l’expression de DUOX2 ce qui pourrait suggérer sa pathogénicité.  En conclusion, nos travaux démontrent pour la première fois une implication spécifique des NADPH oxydase NOX2 et DUOX suite aux infections virales respiratoires. The mucosal linings of the airways are constantly exposed to an array of microbial pathogens. During the course of respiratory viral infection, Airway epithelial cells (AEC) actively participate in the innate antiviral immune response by limiting the spread of respiratory viruses and by fostering a proinflammatory environment that attracts and activates players of the immune system. A key step in the establishment of the antiviral and proinflammatory state is the activation of Transcription Factors (TFs), such as Nuclear Factor (NF)-κB and Interferon Regulatory Factor 3 (IRF-3), which regulate the expression of antiviral and proinflammatory cytokines. For the efficient functioning of these events, the signaling pathways involved underlie strict regulatory mechanisms. Recent data suggest that Reactive Oxygen Species (ROS), which are produced upon viral infection, are able to regulate these intracellular signaling pathways. One important source of ROS is the NADPH oxidase (NOX) family of enzymes, which is composed of NOX1-5 and Dual Oxidase (DUOX) 1 and DUOX2. The aim of our study was to identify the NADPH oxidase(s) that regulate(s) antiviral and proinflammatory mechanisms following infection of AEC with Respiratory syncytial virus (RSV), which causes major human lower respiratory tract complications, and Sendai virus (SeV), a non pathogenic virus. During the course of our studies we identified that NOX2 is a key molecule in the early proinflammatory response to RSV and SeV infection. We demonstrate that NOX2 is necessary for the activation of NF-κB. Consequently, NOX2 impacts on the proinflammatory cytokine secretion upon AEC infection. Further, we observed that expression of the ROS-generating NADPH oxidase DUOX2 is strongly increased following infection of AEC with SeV. We identified that DUOX2 induction requires the synergistic stimulation by IFNβ and TNFα. Importantly, DUOX2 exhibited ROS-dependent antiviral action. We identified that DUOX2 was necessary for sustaining the levels of late antiviral cytokines IFNβ and IFNλ. When AEC were infected with RSV, DUOX2 expression was barely detectable. Our data reveal that RSV has developed an evasion mechanism to counteract DUOX2 induction likely contributing to RSV pathogenicity.  In conclusion, our work demonstrates for the first time the specific implication of NOX2 and DUOX2 in the antiviral and proinflammatory response to respiratory virus infection.

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