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La pandémie de COVID-19 se propage toujours activement dans de nombreuses régions du monde, provoquant des efforts redoublés pour développer des antiviraux et des vaccins contre le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2). Une étude récente explore le rôle d'un deuxième type de récepteur de surface cellulaire, appelé neuropiline, dans l'entrée du virus dans la cellule hôte et sa réplication ultérieure.
Sommaire
Le décolleté de la furine présente le peptide CendR
Le SRAS-CoV-2 appartient à la même famille que le SRAS-CoV et le MERS-CoV, qui ont provoqué les premières flambées de SRAS et de MERS. Il est particulièrement similaire au SARS-CoV, tous deux étant liés par le même récepteur de la cellule hôte, l'enzyme de conversion de l'angiotensine 2 (ACE2). Cependant, il se propage beaucoup plus largement et rapidement. Alors que le SRAS-CoV se propage principalement par le système respiratoire inférieur, l'autre est transmis par l'excrétion pharyngée active dans les sécrétions des voies respiratoires supérieures.
L'une des raisons les plus plausibles de la plus grande transmissibilité du SRAS-CoV-2 est le site de clivage de la furine polybasique à l'interface des deux sous-unités, S1 et S2, qui constituent la protéine de pointe caractéristique. Ce site ne se trouve pas dans le SRAS-CoV, bien qu'il se trouve dans la protéine de pointe de certains autres agents pathogènes, notamment Ebola, les souches virulentes de la grippe aviaire et le VIH-1.
Ce nouveau site de clivage peut augmenter la capacité du virus à provoquer une maladie clinique en préparant le terrain pour que le virus fusionne avec la membrane cellulaire, lui permettant ainsi d'entrer dans la cellule et d'établir une infection.
Il pourrait également, en outre, éventuellement produire plus de sites de liaison aux récepteurs sur la protéine de pointe. Lorsque ce site est clivé par la furine, il affiche une séquence C-terminale conservée contenant de l'arginine (et parfois de la lysine à la place) sur la protéine de pointe. Cette séquence correspond à la règle C-end (CendR), ce qui signifie qu'elle peut engager et activer un autre type de récepteur de surface cellulaire, les neuropilines 1 et 2.
La microscopie cryoélectronique confirme que l'interface S1 / S2 est disponible pour interagir avec le récepteur.
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La liaison Spike-NRP1 potentialise l'entrée des cellules virales
Les chercheurs ont testé des pseudovirus exprimant la protéine SARS-CoV-2 S pour leur capacité à engager NRP1 et ainsi entrer et infecter la cellule hôte en l'absence d'ACE2. L'avantage d'un pseudovirus dans cette situation est qu'il permet de tester l'entrée virale indépendamment des autres parties du cycle de vie. Ils ont utilisé des cellules ACE2 et NRP1 négatives qui ont été transfectées avec des plasmides pour leur permettre d'exprimer ACE2 avec TMPRSS2, une sérine protéase transmembranaire, ou NRP1.
Lorsque seul l'ACE2 était exprimé, les cellules devenaient plus sensibles à l'infection. Lorsque NRP1 était exprimé seul, le niveau d'infection était très faible. Cependant, lorsque ACE2, TMPRSS2 et NRP1 ont été exprimés ensemble, l'infection a été grandement augmentée, montrant que cette dernière potentialise l'entrée virale et l'infection.
L'inhibition de NRP1 réduit l'entrée virale
Ils ont ensuite développé des anticorps monoclonaux (mAbs) pour bloquer fonctionnellement le domaine b1b2 de NRP1, qui se lie aux peptides CendR. Ils ont découvert que l'un d'eux était capable de bloquer la liaison et l'internalisation des nanoparticules d'argent portant le peptide classique CendR qui montre la liaison NRP1.
Cet anticorps a été utilisé pour traiter les cellules portant ACE2, TMPRSS2 et NRP1, et a entraîné une baisse significative de l'infection. Cela n'a pas été observé avec les cellules dépourvues de NRP1 mais portant ACE2 et TMPRSS2. De plus, lorsque le pseudovirus a été pré-incubé avec le domaine b1b2 soluble recombinant de NRPl seul, avant d'être autorisé à infecter la cellule ci-dessus, il y avait une chute marquée du niveau d'infection par rapport aux résultats ci-dessus.
En utilisant une forme mutante de SARS-CoV-2 qui ne pouvait pas subir de clivage, ils ont constaté que contrairement au virus de type sauvage, le virus mutant ne produisait pas de taux d'infection plus élevés dans les cellules portant ACE2 / TMPRSS2 / NRP1 par rapport à celles exprimant ACE2 ou ACE2 / TMPRSS2. Cela confirme la nécessité d'un clivage de la furine pour produire un peptide CendR qui peut se lier au récepteur NRP1. La pré-incubation avec NRP1-mAb a fait chuter l'infection de type sauvage de 40% mais pas avec le virus mutant.
NRP1 exprimé dans les cellules infectées
Les chercheurs ont également démontré que la séquence d'extrémité C-terminale spécifique produite par le clivage de la protéine de pointe à la jonction S1 / S2 est absorbée par les cellules exprimant NRP1 à un niveau élevé et chez la souris, l'épithélium olfactif, qui a une expression élevée de NRP1. En fait, dans ce dernier cas, le peptide a également été détecté dans les neurones et les vaisseaux sanguins du cerveau des souris testées. Cela montre qu'il s'agit d'un peptide CendR.
Ils se sont ensuite tournés pour examiner les données déjà publiées sur les protéines trouvées dans les cellules infectées provenant de deux sources. L'une est constituée de cellules épithéliales bronchiques humaines (HBEC), tandis que l'autre est constituée de cellules extraites du liquide de lavage bronchoalvéolaire (BALF) de patients gravement atteints de COVID-19. Les deux ont montré un niveau accru de NRP1. Les cellules infectées dans le BALF ont également montré un niveau plus élevé de transcrits d'ARN de NRP1 et NRP2 par rapport aux cellules non infectées.
NRP1 exprimé dans les neurones olfactifs
En comparant les données publiées sur l'expression d'ACE2 et de NRP1 dans les poumons et les tissus olfactifs chez l'homme, ils ont constaté que les niveaux d'ACE2 étaient extrêmement faibles ou presque indétectables. Pourtant, NRP1 et NRP2 sont exprimés à des niveaux élevés dans toutes les cellules de ces tissus, et en particulier dans les cellules endothéliales. La NRP1 a également été détectée dans les neurones olfactifs en développement et immatures.
Comme une anosmie a été trouvée chez de nombreux patients COVID-19, ils ont recherché des preuves d'infection par le SRAS-CoV-2 dans l'épithélium olfactif et l'ont trouvée dans 5/6 cas. Dans tous les cinq, les cellules infectées ont également exprimé NRP1 à un niveau élevé, traçable spécifiquement aux neurones olfactifs en développement nouvellement.
Implications
L'étude actuelle jette un éclairage nouveau sur l'un des faits intrigants concernant le SRAS-CoV-2: les tissus préférentiellement infectés par le virus ne sont pas ceux qui expriment l'ACE2 à des niveaux élevés. Cela indique que celui-ci repose sur d'autres facteurs pour accomplir l'entrée cellulaire et l'infection comme d'autres virus. Ce rôle semble convenir à NRP1, soit comme facteur de potentialisation, soit même comme voie d'entrée indépendante de l'ACE2 en présence de titres viraux élevés.
Cette fonction des NRP peut être due à leur expression à des niveaux élevés sur les cellules épithéliales exposées à l'extérieur et à leur capacité à acheminer les molécules liées à travers les frontières vasculaires, à travers les membranes cellulaires et dans les tissus.
