Les chercheurs identifient deux protéines de liaison au sucre qui empêchent l’entrée virale des variantes circulantes du SRAS-CoV-2. L’équipe, dirigée par des chercheurs de l’IMBA – Institut de biotechnologie moléculaire de l’Académie autrichienne des sciences – a peut-être trouvé le « talon d’Achille » du virus, avec un potentiel d’interventions thérapeutiques panvariantes. Les résultats sont maintenant publiés dans le Journal de l’EMBO.
Au milieu de la pandémie de COVID-19 en cours, il est primordial de trouver de nouveaux moyens de contenir la propagation du SRAS-CoV-2. À cette fin, la protéine Spike (S) est particulièrement intéressante car elle médie le principal mécanisme d’entrée du virus dans les cellules hôtes. Ainsi, l’interaction de la protéine SARS-CoV-2 S avec l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2) des cellules hôtes détermine l’infectivité du virus. L’importance de la protéine S pour la survie et la propagation du virus dicte la présence d’un mécanisme de camouflage. Par conséquent, le virus utilise ce qu’on appelle la glycosylation comme mécanisme d’occultation pour former une couche de sucre sur des sites spécifiques de la protéine Spike afin de se cacher de la réponse immunitaire de l’hôte.
Repérer le loup par ses vêtements de mouton
Le raisonnement peut sembler simple à première vue, mais une question évidente a immédiatement fait surface dans l’équipe autour du chef du groupe IMBA, Josef Penninger, qui est également directeur du Life Sciences Institute de l’Université de la Colombie-Britannique (UBC), Vancouver, Canada. A savoir : qu’en est-il des lectines, les protéines fixatrices de sucre ? « Nous avons intuitivement pensé que les lectines pourraient nous aider à trouver de nouveaux partenaires d’interaction de la protéine Spike enrobée de sucre », explique le co-premier auteur David Hoffmann, ancien doctorant au laboratoire Penninger de l’IMBA. L’attractivité de cette question réside précisément dans son emplacement : les sites de glycosylation de la protéine Spike SARS-CoV-2 restent hautement conservés parmi les variants circulants. Ainsi, en identifiant les lectines qui se lient à ces sites de glycosylation, les chercheurs pourraient être sur la bonne voie pour développer des interventions thérapeutiques robustes.
En effet, l’équipe a développé et testé une bibliothèque de plus de 140 lectines de mammifères. Parmi ceux-ci, deux se sont avérés se lier fortement à la protéine SARS-CoV-2 S : Clec4g et CD209c. « Nous avons désormais des outils à portée de main qui peuvent lier la couche protectrice du virus et ainsi empêcher le virus d’entrer dans les cellules », résume Stefan Mereiter, co-premier auteur et chercheur postdoctoral au laboratoire Penninger. Mereiter s’exclame alors : « Ce mécanisme pourrait en effet être le talon d’Achille que les scientifiques aspirent à trouver ! »
La route du « bouclier d’immunité » ou « vêtements de mouton » du SRAS-CoV-2 à son talon d’Achille a impliqué plusieurs techniques de recherche de pointe. En collaboration avec Peter Hinterdorfer de l’Institut de biophysique de l’Université de Linz, en Autriche, l’équipe a utilisé des méthodes biophysiques de haute technologie pour analyser en détail comment se déroule la liaison de la lectine. Par exemple, les chercheurs ont mesuré quelles forces de liaison et combien de liaisons se produisent entre les lectines et la protéine Spike. Cela a également permis de préciser à quelles structures de sucre Clec4g et CD209c s’attachent.
Interventions thérapeutiques à l’horizon
Autre bonne nouvelle : l’équipe a découvert que les deux lectines se lient au site N-glycane N343 de la protéine Spike. Ce site spécifique est si crucial pour le Spike qu’il ne peut jamais être perdu dans une variante infectieuse. En effet, une délétion de ce site de glycosylation rend instable la protéine Spike. De plus, d’autres groupes ont également montré que les virus avec N343 muté n’étaient pas infectieux. « Cela signifie que nos lectines se lient à un site glycane qui est essentiel pour la fonction Spike – il est donc très peu probable qu’un mutant puisse survenir sans ce glycane », explique Mereiter.
Et l’histoire ne s’arrête pas là. À l’enthousiasme de l’équipe, les deux lectines ont également diminué l’infectiosité du SRAS-CoV-2 des cellules pulmonaires humaines. Pour Josef Penninger et toute l’équipe, ces résultats sont prometteurs pour des interventions thérapeutiques panvariantes contre le SRAS-CoV-2.
Penninger résume : « L’approche se compare au mécanisme du candidat-médicament ‘APN01’ [Apeiron Biologics], qui fait actuellement l’objet d’essais cliniques avancés. Il s’agit d’un ACE2 humain issu de la bio-ingénierie qui se lie également à la protéine Spike. Lorsque la protéine Spike est occupée par le médicament, la porte d’entrée dans la cellule est bloquée. Maintenant, nous avons identifié des lectines de mammifères naturelles qui sont capables de faire exactement cela ! »
La production de la protéine recombinante SARS-CoV-2 Spike dans des conditions contrôlées a été réalisée à l’Institut de biochimie de l’Université des ressources naturelles et des sciences de la vie (BOKU), Vienne et coordonnée par le professeur Lukas Mach dans le cadre du BOKU Covid initiative. Cette production a respecté la localisation précise de la chaîne de sucre conservée qui permet aux lectines endogènes de se fixer au virus. Cette forme hautement spécialisée d’analyse des glycoprotéines est au cœur des recherches du groupe de Friedrich Altmann au BOKU depuis des décennies. « Bien que l’analyse de la glycoprotéine de pointe soit déjà un défi assez considérable dans des conditions normales, il n’a été possible d’effectuer les mesures nécessaires qu’en ces temps particuliers de bureau à domicile, d’enseignement à distance et de verrouillage dur en raison du grand travail d’équipe de Je voudrais exprimer mes sincères remerciements à toutes les personnes impliquées », déclare Johannes Stadlmann, chef de projet dans le groupe de recherche Altmann à BOKU.
Ce travail a impliqué une équipe internationale de chercheurs, dont Ali Mirazimi du Karolinska Institutet de Stockholm, en Suède. De plus, plusieurs chercheurs seniors en Autriche ont contribué à ce travail : Johannes Stadlmann, Chris Oostenbrink, Lukas Mach et Friedrich Altmann à BOKU, Peter Hinterdorfer à l’Université Johannes Kepler de Linz, ainsi que Gerald Wirnsberger à Apeiron Biologics, Vienne.