Dans une récente étude publiée sur bioRxiv* serveur de prétirage, les chercheurs ont identifié les β-cyclodextrines (β-CD) comme un médicament sûr et rentable contre le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) avec un large spectre d’activité.
Le COVID-19 (maladie à coronavirus 2019) a entraîné une morbidité et une mortalité mondiales importantes. Aucun agent anti-SARS-CoV-2 dont l’utilisation est autorisée n’est économique, facile à utiliser ou ne peut fournir une prophylaxie mondiale contre le COVID-19 pour les personnes à haut risque de sévérité de la maladie. Le développement de thérapies économiques, à large spectre et sûres au début de l’émergence d’un nouveau variant du SRAS-CoV-2 pourrait réduire considérablement la transmission du SRAS-CoV-2.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont identifié les β-cyclodextrines (β-CD) comme des agents thérapeutiques COVID-19 rentables et à large spectre sans danger pour l’administration humaine.
L’équipe a enrôlé 116 médicaments qui ont déjà été utilisés pour traiter des pathologies ou qui ont démontré une efficacité anti-SARS-CoV-2 dans des essais précliniques. Une modélisation moléculaire a été réalisée pour classer 44 composés qui ont montré la plus grande efficacité contre plusieurs α CoV et β CoV, par exemple le SARS-CoV-2 et le CoV 229E humain (HCoV-229E). Les médicaments ont été identifiés par virologie, chimie computationnelle, microscopie électronique à transmission (TEM) et techniques de biologie cellulaire.
Les mécanismes antiviraux des composés ont été explorés par les découvertes de TEM et la capacité d’inhiber l’entrée des pseudovirus du SRAS-CoV-2 dans les cellules 293T du rein embryonnaire humain (HEK) exprimant l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2). Les structures de la banque de données sur les protéines (PDB) ont été affinées, les états de protonation ont été déterminés, une minimisation restreinte a été effectuée et des grilles ont été créées. De plus, six cyclodextrines natives et modifiées ont été testées.
Les énergies de liaison ont été calculées sur la base de l’analyse de la mécanique moléculaire/surface de Born généralisée (MMGBSA), dont les résultats ont été analysés pour classer les composés en fonction de leur efficacité antivirale. En outre, des simulations de dynamique moléculaire (MD) ont été réalisées pour évaluer la stabilité des composés. Le HCoV-229E a été propagé dans des cellules MRC-5 (souche cellulaire 5 du Conseil de la recherche médicale), après quoi les cellules ont été soumises à une analyse par immunofluorescence indirecte (IF) à l’aide d’anticorps anti-protéine de la nucléocapside (N) du HCoV-229E.
De plus, MTT (3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5 bromure de diphényltétrazolium) pour les évaluations de la viabilité cellulaire et l’efficacité antivirale des composés identifiés ont été évalués sur la base des résultats de l’IF. Les variants du SRAS-CoV-2 dont les séquences génomiques ont été téléchargées dans la base de données GISAID (initiative mondiale sur le partage de toutes les données sur la grippe) ont été isolés à partir d’échantillons d’écouvillonnage nasopharyngé dans des cellules Vero E6, et le surnageant a été soumis à un séquençage génomique.
Des pseudovirus rapporteurs du virus de l’immunodéficience humaine 1 (VIH-1) exprimant la protéine SARS-CoV-2 spike (S) ont été générés. Des dosages luminométriques et des expériences de transfection ont été réalisés. La teneur en p24gag des virus a été mesurée à l’aide de dosages immuno-enzymatiques (ELISA), après quoi les virus ont été titrés dans des cellules HEK-293T surexprimant ACE2. De plus, des essais d’inhibition de l’entrée pseudovirale ont été effectués et la réplication du SRAS-CoV-2 a été évaluée à l’aide de cellules Calu-3 (lignée cellulaire de cancer du poumon humain). Les essais d’inhibition de la protéase principale (Mpro) du SRAS-CoV-2 et les membranes cellulaires des cellules Calu-3 ont été soumis à une analyse lipidomique après le traitement par MbCD (méthyl-b-CD).
Résultats
Quatre composés, U18666A, OSW-1, phytol et hydroxypropyl-β-cyclodextrine (HβCD) ont démontré une activité antivirale contre HCoV-229E et SARS-CoV-2 dans les cellules MRC-5 et les cellules Vero E6, respectivement. U18666A et HβCD ont bloqué la fusion virale ; cependant, seul HβCD a montré une inhibition de la réplication du SRAS-CoV-2 dans les cellules Calu-3. Les tests de cyclodextrines natives et modifiées ont confirmé la puissante inhibition du SRAS-CoV-2 par les β-cyclodextrines dans les cellules Calu-3.
OSW-1 ancré efficacement au M actifpro site avec la plus grande énergie de liaison parmi toutes les molécules testées. b-CD et OSW-1 localisés dans la poche catalytique de Mpro, tandis que le phytol et U1866A se localisaient dans la poche centrale de NPC1. OSW-1 et b−CD étaient stables avec des variations moyennes de RMSD (écart quadratique moyen) d’env. 2Å et les valeurs étaient doubles pour le phytol et U18666A.
Les valeurs de concentration inhibitrice semi-maximale (IC50) pour U18666A, OSW-1, HβCD et phytol étaient respectivement de 2,6 µM, 0,5 nM, 4,3 mM et 19 µM. Les cyclodextrines ont inhibé la réplication du SRAS-CoV-2 en interférant avec la fusion virale via l’épuisement du cholestérol. Les HβCD, les MbCD et les b-CD ont inhibé la souche SARS-CoV-2 D614G et la souche BA.1 sur les cellules Calu-3.
Les découvertes TEM des cellules Vero E6 infectées par le SRAS-CoV-2 ont montré que U18666A et OSW-1 affectent la morphogenèse du SRAS-CoV-2 en inhibant l’assemblage et la fonction des vésicules à double membrane (DMV). Le traitement à haute dose d’U18666A a conduit à l’élargissement des lysosomes et des citernes de Golgi. Les traitements à faible dose de phytol ont modifié les DMV dans une mesure limitée avec un impact mineur sur l’assemblage et la transmission du SRAS-CoV-2, tandis que des effets cytopathiques clairs ont été visualisés à l’aide de phytol à forte dose.
Le traitement HβCD à une concentration de 0,2 mM a modifié la membrane interne des DMV, avec de grands amas de particules SARS-CoV-2 déformées observées dans les vacuoles. À une concentration de HβCD de 20 mM, toutes les structures du SRAS-CoV-2 ont été réduites avec peu de DMV modifiés.
Dans l’ensemble, les résultats de l’étude ont mis en évidence les β-cyclodextrines comme des agents thérapeutiques prometteurs contre le SRAS-CoV-2 et potentiellement d’autres organismes viraux pulmonaires.
*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, guider la pratique clinique/les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.
