Une équipe dirigée par José Onuchic de l'Université Rice et Paul Whitford de l'Université Northeastern, tous deux chercheurs au National Science Foundation Physics Frontiers Center du Center for Theoretical Biological Physics (CTBP) de Rice, a fait une découverte dans la lutte contre le coronavirus-2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2), le virus responsable du COVID-19.
L'équipe, en partenariat avec un effort expérimental mené par les chercheurs de l'Université Yale Walter Mothes et Wenwei Li, a découvert de nouvelles informations sur la manière dont le virus infecte les cellules humaines et comment il peut être neutralisé. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Science le 15 août.
Le SARS-CoV-2 utilise sa protéine Spike pour se fixer à l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 des cellules humaines, ce qui déclenche un processus qui lui permet de pénétrer dans la cellule. La protéine Spike est composée de deux parties principales : le domaine S1, qui varie considérablement selon les différentes souches du virus, et le domaine S2, qui est très conservé parmi les différents coronavirus. Cette similitude fait du domaine S2 une cible prometteuse pour les vaccins et les thérapies qui pourraient fonctionner contre de nombreuses souches virales.
En combinant des simulations et des prédictions théoriques avec des informations structurelles provenant de leurs collaborateurs expérimentaux, y compris les configurations initiales et finales ainsi que les états intermédiaires lors de l'invasion virale, les chercheurs ont obtenu une image détaillée du processus d'infection au niveau atomique.
« La compréhension de ces états intermédiaires de la protéine Spike ouvre de nouvelles perspectives en matière de traitement et de prévention », a déclaré Onuchic, titulaire de la chaire de physique Harry C. et Olga K. Wiess, professeur de physique et d'astronomie, de chimie et de biosciences et codirecteur du CTBP. « Nos travaux démontrent l'importance de combiner des approches théoriques et expérimentales pour s'attaquer à des problèmes complexes tels que les infections virales. »
À l’aide d’une technique d’imagerie avancée appelée tomographie cryoélectronique, les chercheurs expérimentaux de Yale ont capturé des instantanés détaillés de la protéine de pointe à mesure qu’elle évolue au cours du processus de fusion.
Ils ont découvert des anticorps ciblant une partie spécifique du domaine S2, appelée hélice-tige, qui peut se lier à la protéine spike et l'empêcher de se replier dans une forme nécessaire à la fusion. Cela empêche le virus de pénétrer dans les cellules humaines.
Notre étude permet de mieux comprendre comment la protéine Spike change de forme au cours de l'infection et comment les anticorps peuvent bloquer ce processus. Cette découverte moléculaire ouvre de nouvelles possibilités pour la conception de vaccins et de thérapies ciblant un large éventail de souches de coronavirus.
José Onuchic à l'Université Rice
Pour parvenir à leurs conclusions, les chercheurs ont utilisé une combinaison de modélisation théorique et de données expérimentales. En combinant des simulations de la protéine Spike avec des images expérimentales, ils ont capturé des états intermédiaires de la protéine qui n’avaient jusqu’alors pas été observés. Cette approche intégrée leur a permis de comprendre le processus d’infection au niveau atomique.
« La synergie entre les méthodes théoriques et expérimentales a été cruciale pour notre succès », a déclaré Whitford, professeur au département de physique de Northeastern. « Nos résultats mettent en évidence de nouvelles cibles thérapeutiques et stratégies pour le développement de vaccins qui pourraient être efficaces contre la plupart des variants du virus. »
La découverte de l'équipe est importante dans le cadre des efforts en cours pour lutter contre la COVID-19 et se préparer à de futures épidémies de virus apparentés. En ciblant le domaine S2 conservé, les scientifiques peuvent développer des vaccins et des thérapies qui restent efficaces même en cas de mutation du virus.
« Cette recherche constitue une avancée dans la lutte contre le COVID-19 et d’autres coronavirus qui pourraient émerger à l’avenir », a déclaré Saul Gonzalez, directeur de la division de physique de la National Science Foundation des États-Unis. « Comprendre le fonctionnement physique fondamental des mécanismes biologiques complexes est essentiel pour développer des traitements plus efficaces et universels qui peuvent protéger notre santé et sauver des vies. »
Ce travail a été soutenu par la National Science Foundation, les National Institutes of Health, les Instituts de recherche en santé du Canada, les Chaires de recherche du Canada et la Fondation Welch.
Parmi les autres chercheurs figurent Michael Grunst et Zhuan Qin du Département de pathogénèse microbienne et Shenping Wu du Département de pharmacologie de Yale; Esteban Dodero-Rojas du CTPB; Shilei Ding, Jérémie Prévost et Andrés Finzi du Centre de recherche du CHUM; Yaozong Chen et Marzena Pazgier de la Division des maladies infectieuses de la F. Edward Hebert School of Medicine de l'Uniformed Services University of the Health Sciences; et Yanping Hu et Xuping Xie du Département de biochimie et de biologie moléculaire de la branche médicale de l'Université du Texas à Galveston.
