Des chercheurs aux États-Unis et au Canada ont mis au point des «pièges récepteurs» optimisés pour l'affinité qui empêchent le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) de se lier aux cellules et d'infecter.
Pour que le SRAS-CoV-2 infecte les cellules humaines et provoque la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19), la protéine de pointe virale doit d'abord se fixer au domaine de liaison au récepteur (RBD) de l'enzyme de conversion de l'angiotensine 2 du récepteur membranaire hôte (ACE2) .
Nouveau coronavirus SARS-CoV-2 Micrographie électronique à transmission de particules de virus SARS-CoV-2, isolées d'un patient. Image capturée et mise en valeur des couleurs au centre de recherche intégré (IRF) du NIAID à Fort Detrick, Maryland. Crédit: NIAID
Maintenant, James A. Wells (Université de Californie, San Francisco) et ses collègues de l'Université de l'Alberta et de l'Université Rockefeller ont développé des variantes du domaine extracellulaire ACE2 qui empêchent cette protéine de pointe de se lier à ACE2 et d'entrer dans les cellules hôtes.
«Les pièges à récepteurs ACE2 conçus offrent une voie prometteuse pour lutter contre les infections par le SRAS-CoV-2 et d'autres coronavirus utilisant ACE2, avec le principal avantage que la résistance virale nuirait probablement à l'entrée virale», écrit l'équipe.
Les chercheurs disent que les pièges peuvent être prédéfinis pour les virus avec des récepteurs de cellules hôtes connus pour fournir des réponses thérapeutiques rapides, sans que les anticorps neutralisants aient besoin d'être isolés des patients qui se sont rétablis d'une infection.
Une version pré-imprimée du papier est disponible sur le serveur bioRxiv *, tandis que l'article fait l'objet d'un examen par les pairs.
Sommaire
De nombreuses équipes de recherche se sont concentrées sur la neutralisation des anticorps
Suite à une infection par le SRAS-CoV-2, la plupart des anticorps neutralisants générés ont empêché le virus de pénétrer dans les cellules en se liant à la RBD sur ACE2.
Compte tenu du besoin urgent de traitements efficaces pendant la pandémie actuelle de COVID-19, de nombreux chercheurs se sont concentrés sur les moyens de générer des anticorps recombinants capables de bloquer cette entrée virale.
Ces anticorps modifiés et ceux isolés à partir du sang de patients guéris se sont avérés des approches thérapeutiques efficaces lors des pandémies précédentes.
Cependant, de telles stratégies exigent qu'une proportion importante de la population ait développé des anticorps protecteurs après l'infection et le rétablissement, ce qui prend un temps précieux alors que la pandémie continue de balayer le monde.
Les approches d'ingénierie des protéines peuvent offrir une «alternative rapide»
«Les approches d'ingénierie des protéines pour identifier les liants aux protéines d'entrée virales offrent une alternative rapide, sans la condition préalable pour une population infectée», ont déclaré Wells et ses collègues.
De plus, les mutations d'échappement que le virus peut développer peuvent empêcher les traitements par anticorps d'être efficaces. Dans le même temps, des mutations qui diminuent l'efficacité des pièges récepteurs ACE2 nuiraient probablement aussi à l'invasion virale, ajoute l'équipe.
Cependant, à ce jour, il n'y a pas de pièges récepteurs approuvés par la FDA disponibles pour une utilisation en tant que produits biologiques antiviraux, bien que certains soient testés dans des essais cliniques en tant que traitement du VIH.
Qu'ont fait les chercheurs?
Maintenant, Glasgow et ses collègues ont appliqué une approche d'ingénierie protéique par étapes pour développer des variantes solubles inactivées du domaine extracellulaire ACE2 qui bloque puissamment la liaison de la protéine de pointe du SRAS-CoV-2.
Tout d'abord, l'équipe a appliqué des approches informatiques pour concevoir une interface ACE2-RBD qui améliorerait jusqu'à 12 fois l'affinité pour le RBD.
Ensuite, en utilisant un affichage de surface de levure, les chercheurs ont découvert des mutations supplémentaires qui ont conduit à une affinité de liaison 14 fois plus grande pour le RBD, par rapport au piège récepteur «parent» conçu par ordinateur.
Le variant avec la plus forte affinité liée à la RBD avec 170 fois plus d'affinité que l'ACE2 de type sauvage, rapporte l'équipe.
Conception informatique de ACE2 pour une affinité de liaison améliorée avec le pic RBD. (A) La numérisation d'alanine informatique a identifié des résidus de points chauds ACE2 (représentés par des sphères) qui contribuent fortement à la liaison du pic RBD. Les résidus 18-90 sont représentés en bleu et les résidus 91-614 sont représentés en bleu clair. H34, Q42 et K353, représentés sous forme de sphères magenta, ont été sélectionnés pour la mutagenèse par saturation par ordinateur. (B) La mutagenèse de saturation par ordinateur a prédit plusieurs mutations de stabilisation de H34. H34V et H34I ont été sélectionnés pour une conception ultérieure afin de générer divers modèles de pièges récepteurs ACE2. (C) La conception du squelette flexible a été réalisée autour de V34 ACE2 et I34 ACE2 (résidu WT H34 représenté en magenta). Les résidus ACE2 qui ont été autorisés à changer l'identité des acides aminés (résidus «mutables») sont marqués et représentés en orange; Les résidus ACE2 et RBD qui ont été autorisés à changer les conformations rotamères et / ou les positions des atomes du squelette (résidus «reconditionnables») sont représentés en jaune. La conception autour de H34I a abouti à deux mutations supplémentaires, illustrées en magenta. (D-E) Mesures BLI in vitro
Améliorer encore plus l'affinité de liaison des pièges récepteurs
Glasgow et ses collègues affirment que l'affinité des pièges à récepteurs modifiés est souvent améliorée grâce à la fusion avec le domaine constant (Fc) de l'immunoglobuline humaine.
Les chercheurs rapportent que l'ajout du domaine de collectrine naturel de l'ACE2 et la fusion avec le domaine Fc de l'immunoglobuline G humaine a donné le piège récepteur le plus optimisé pour l'affinité.
Ce piège récepteur a neutralisé efficacement à la fois le lentivirus pseudotypé du SRAS-CoV-2 et le SARS-CoV2 authentique, avec une réplication virale réduite à des niveaux presque indétectables.
Une «voie prometteuse» pour lutter contre le SRAS-CoV-2
Les chercheurs affirment que les pièges récepteurs ACE2 qu'ils ont conçus offrent une «voie prometteuse» pour lutter contre le SRAS-CoV-2
«Les pièges à récepteurs ACE2 conçus présentent des avantages clés dans le traitement des infections par le SRAS-CoV-2», écrit l'équipe. «Cette approche présente l'avantage potentiel que la résistance virale à un piège à récepteur ACE2 inhiberait également la capacité du virus à entrer via la liaison au récepteur d'entrée ACE2.»
De plus, ces pièges pourraient être utilisés pour cibler d'autres souches variantes émergentes qui utilisent ACE2 comme point d'accès.
L'équipe souligne également qu'un petit groupe de recherche a réalisé l'approche d'optimisation de l'affinité en quelques mois seulement, soit le temps nécessaire pour isoler les anticorps des patients en convalescence ou par sélection à l'aide de in vitro méthodes.
«Ainsi, il représente une approche rapide et orthogonale pour générer des candidats thérapeutiques pour le traitement des futures pandémies virales, sans aucun prérequis pour une population humaine infectée», conclut l'équipe.
*Avis important
bioRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, orienter la pratique clinique / les comportements liés à la santé ou être traités comme des informations établies.
