L’étude réfute l’hypothèse nicotinique du mécanisme d’infection SARS-CoV-2

Des spéculations récentes proposent que les récepteurs nicotiniques de l’acétylcholine (AChR) puissent servir de récepteurs supplémentaires pour le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) pour les cellules hôtes – également appelées « hypothèse nicotinique ».

Une nouvelle étude publiée dans Physiologie PNAS a confirmé que la protéine de pointe du SRAS-CoV-2 ne se lie pas aux sites orthostériques de l’AChR humain, ni ne fait concurrence à l’ACh, à la choline ou à la nicotine.

Arrière plan

La pandémie mondiale de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) qui s’est ensuivie après l’infection par le SRAS-CoV-2 a fait plus de 6,5 millions de morts à ce jour et continue d’affecter des milliards de personnes dans le monde. Les séquelles de la maladie infectieuse se sont révélées débilitantes pour beaucoup – avec les symptômes post-aigus persistants – également connus sous le nom de long COVID.

Malgré des recherches approfondies sur les symptômes de la COVID-19 et la physiopathologie de l’infection, une compréhension claire des mécanismes conduisant au développement de symptômes post-aigus fait toujours défaut.

Récemment, des scientifiques ont proposé une « hypothèse nicotinique » pour démêler et expliquer ces mécanismes. On suppose que les AChR agissent comme un récepteur alternatif, secondaire au récepteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2), pour la liaison de la protéine SARS-CoV-2-spike aux cellules hôtes.

De plus, la liaison se produirait sur un site qui chevauche les sites de liaison aux neurotransmetteurs («orthostériques») – de sorte que le site de liaison aux protéines de pointe coïnciderait avec les neurotoxines et les ligands cholinergiques à petites molécules de manière compétitive.

L’étude

Cette étude expérimentale a analysé « l’hypothèse nicotinique » de la liaison du SRAS-CoV-2 aux cellules hôtes.

Cette étude a utilisé une approche de type équilibre de dosage de ligand compétitif pour tester l’hypothèse nicotinique. Les AChR exprimés sur les surfaces cellulaires ont été utilisés et ont été exprimés de manière hétérologue sur des cellules HEK-293.

L’a7-AChR humain complet exprimé dans les cellules HEK-293 a été incubé à une concentration spécifique de [¹²⁵I]- a-BgTx et une concentration variable de ligand concurrent non marqué avec une rotation constante – pendant 24 ou 48 heures à 37°C.

Résultats

Tout au long de chaque courbe, la concentration de non lié [¹²⁵I]-a-BgTx était d’environ 1 nM. Lorsque la concentration du peptide S375-L390 est passée à des centaines de micromoles, il a surpassé [¹²⁵I]-a-BgTx. De plus, il a été constaté que a-BgTx était aussi efficace que [¹²⁵I]-a-BgTx à une température d’incubation de 37°C pendant 24 heures.

La concentration de toxine non marquée a déplacé la moitié de [¹²⁵I]-a-BgTx était d’environ 2,30 nM. Le coefficient de Hill était d’environ 1,25, ce qui était plus significatif que la valeur attendue d’un agoniste inverse. Il a été déduit qu’une incubation à 37°C pendant 24 heures était suffisante pour détecter la liaison des peptides au récepteur nicotinique humain de l’acétylcholine (a7-AChR). De plus, a7-AChR s’est également lié en partie à Y674 – R685, bien que la liaison ne soit pas spécifique à la séquence.

On considère que trois arginines présentes dans Y674-R685 et deux lysines présentes dans S375-L390 auraient pu être responsables du déplacement de la liaison [¹²⁵I]-a-BgTx à la concentration la plus élevée des quatre peptides. Entre-temps, [¹²⁵I]La liaison de -a-BgTx à a7-AChR a été complétée (la moitié) par une faible concentration de tétraméthylammonium (TMA).

Ces découvertes ont indiqué que les lysines et les arginines protonées avaient une affinité pour l’a7-AChR et présentaient des effets agonistes quelle que soit la séquence peptidique.

L’α-BgTx et les ligands à petites molécules ont complètement surpassé [¹²⁵I]-a-BgTx, quel que soit l’équilibre chimique approché jusqu’à la période d’incubation. Par conséquent, la liaison de la protéine de pointe spécifique à la séquence n’a pas pu être détectée en raison de son affinité extrêmement faible pour l’a7-AChR.

L’affinité de Y674-R685 et S375-L390 pour a7-AChR n’a pas pu être détectée car ils ne pouvaient pas se conformer de manière adéquate. L’ensemble du domaine S1 (Gln-14 à Arg-685) contenant à la fois les peptides Y674-R685 et S375-L390 a été testé, ce qui a donné un résultat similaire ; Cependant, le [¹²⁵I]-a-BgTx-receptor-binding n’a pas été notablement surpassé par le domaine S1 ∼1,2-μM.

De plus, une variante non clivée de l’ectodomaine S1-S2 a été testée. Des mutations ont été introduites (y compris R685S et R682S) dans la plage Y674-R685. L’ectodomaine ne pouvait pas non plus rivaliser [¹²⁵I]-a-BgTx suffisamment à une seule concentration de 375 nM.

Compréhension quantitative du résultat, la concentration de l’ectodomaine mutant S1-S2 sature la moitié de l’ACE2 à environ 1,7 nM. Un ligand avec une telle affinité pour a7-AChR déplacerait près de la moitié de la liaison [¹²⁵I]-a-BgTx à une concentration minimale d’environ 3,4 nM.

Alors que l’étirement des acides aminés S375-L390 reste constant dans la variante Delta (B.1.617.2) et montre peu de changement dans la variante Omicron (B.1.1.529). Dans les deux variantes préoccupantes (VOC), il y a un changement dans le tronçon Y674-R685. Les deux COV restent hautement infectieux malgré les mutations.

Enfin, le domaine S1 a été testé pour son effet sur la fonction du canal. Pour cela, l’électrophysiologie patch-clamp pour cellules entières a été utilisée. Le domaine S1 à une concentration de près de 20 nM n’a pas pu déclencher de courants à partir de cellules HEK-293 exprimant a7-AChR. De plus, la co-application d’ACh ou six heures de bain des cellules avant la pré-application d’ACh, S1 à la même concentration n’élicite pas clairement des courants qui sont activés par 100 mM d’ACh.

Conclusion

Il est difficile d’identifier complètement tous les récepteurs membranaires auxquels un virus se lie avant de provoquer une infection. Les résultats suggèrent qu’il est peu probable que la protéine SARS-CoV-2-spike se lie alternativement aux sites orthostériques des AChR hôtes – réfutant ainsi «l’hypothèse nicotinique».