Sommaire
En découvrant les interactions moléculaires entre la fibrine et la protéine de pointe du SARS-CoV-2, les chercheurs ouvrent la voie à des thérapies ciblées qui pourraient freiner les effets dévastateurs du COVID long.
La fibrine est responsable de la thromboinflammation et de la neuropathologie du COVID-19. Crédit photo : Juan Gaertner / Shutterstock
Dans une étude récente publiée dans la revue Natureune grande équipe de chercheurs aux États-Unis a démontré que la fibrine joue un rôle essentiel dans la thromboinflammation (interaction nocive entre la coagulation et l'inflammation) et la neuropathologie de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19). Ils ont également exploré le potentiel de l'immunothérapie ciblant la fibrine comme traitement de la COVID-19 aiguë et de la COVID-19 longue.
Arrière-plan
La COVID longue est devenue un problème de santé publique majeur, avec des complications de coagulation et neurologiques survenant lors d'une infection aiguë et persistant dans la phase post-aiguë, contribuant à la morbidité et à la mortalité. Ces problèmes touchent les patients de tous âges, y compris ceux atteints d'infections légères ou de percées. Des caillots sanguins persistants et résistants, malgré une anticoagulation adéquate, suggèrent des mécanismes sous-jacents qui ne sont pas encore entièrement compris. L'interaction entre l'hypercoagulabilité, la réponse immunitaire et les complications neurologiques dans la COVID-19 souligne la nécessité de poursuivre les recherches pour découvrir les mécanismes précis à l'origine de ces complications et pour développer des traitements efficaces.
À propos de l'étude
Des souris C57BL/6 et K18-hACE2 ont été utilisées dans cette étude, obtenues auprès du Jackson Laboratory et d'autres sources, et hébergées dans des conditions standard. Des souris âgées de 3 à 7 mois des deux sexes ont été utilisées pour des expériences menées dans une installation de biosécurité animale de niveau 3 (ABSL3) accréditée par l'Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care (AAALAC) aux Gladstone Institutes, conformément aux directives institutionnelles.
Le plasma citraté humain et les cellules mononucléaires du sang périphérique (PBMC) ont été obtenus à partir de sources commerciales, sans implication directe de participants humains. La protéine de pointe trimérique recombinante du coronavirus du syndrome respiratoire aigu sévère 2 (SARS-CoV-2) a été produite dans des cellules ovariennes de hamster chinois (CHO), purifiée et utilisée dans divers tests.
La polymérisation de la fibrine dans le plasma humain a été évaluée en mesurant la turbidité après l'initiation de la coagulation avec de la thrombine et du chlorure de calcium. La microscopie électronique à balayage (MEB) a permis d'analyser les caillots de fibrine formés sur des plaquettes de silicium, puis de traiter les images avec National Institutes of Health (NIH) Images.
Des plaques ELISA recouvertes de fibrinogène ou de fibrine ont été utilisées pour étudier les interactions de liaison spécifiques de la protéine Spike, détectées avec des anticorps spécifiques. D'autres méthodes comprenaient des matrices de peptides, la cartographie des épitopes, l'analyse de l'alanine, la modélisation structurelle et des études d'amarrage pour explorer les régions précises du fibrinogène et de la protéine Spike qui assurent leur interaction.
Les expériences in vivo ont consisté à injecter une protéine de pointe marquée et du fibrinogène à des souris, puis à réaliser une imagerie tissulaire. La résistance des caillots de fibrine à la digestion par la plasmine, la détection des espèces réactives de l'oxygène (ROS) dans les macrophages et divers immuno-essais ont été réalisés. L'analyse des données a permis de garantir la rigueur statistique, étayant les conclusions solides de l'étude.
Résultats de l'étude
Étant donné la fréquence et la gravité plus élevées des caillots sanguins anormaux chez les patients atteints de COVID-19 par rapport aux autres infections respiratoires, on a émis l'hypothèse que le SARS-CoV-2 pourrait se lier directement au fibrinogène, favorisant la formation de caillots et altérant leur structure et leur fonction. Un test de liaison en phase solide a confirmé l'interaction spécifique entre le fibrinogène/fibrine et la protéine de pointe du SARS-CoV-2, en identifiant des sites de liaison clés sur les deux molécules. Il s'agissait notamment du mutant de la protéine de pointe S1(N501Y), qui améliore la transmission virale et la liaison à l'enzyme de conversion de l'angiotensine 2 (ACE2). L'affinité de la protéine de pointe pour la fibrine était inférieure à celle de l'ACE2, mais on a constaté que le fibrinogène co-immunoprécipitait avec la protéine de pointe et se localisait avec la protéine de pointe dans les poumons des souris infectées. Cela suggère que la fibrinogène et la protéine de pointe interagissent à la fois en solution et dans les tissus.
Pour explorer plus en détail les régions de liaison, une matrice de peptides de fibrinogène personnalisée a identifié des sites de liaison clés dans les chaînes Bβ et γ du fibrinogène, en les cartographiant sur des régions spécifiques de la protéine de pointe. L'amarrage informatique a fourni des modèles qui ont démontré une association étroite entre ces sites de liaison, confirmant l'interaction au niveau moléculaire.
Des tests ultérieurs ont révélé que la protéine Spike modifie la structure du caillot de fibrine et augmente la turbidité du caillot, indiquant des caillots plus denses et plus résistants, comme observé dans les maladies thromboemboliques et chez les patients atteints de COVID-19. De plus, la protéine Spike a retardé la dégradation de la fibrine par la plasmine, suggérant en outre que la protéine Spike contribue à la formation de caillots résistants à la fibrinolyse. Cette résistance à la dégradation pourrait être un facteur clé dans la persistance de l'inflammation et des complications liées aux caillots dans le COVID long. La protéine Spike a également amélioré l'inflammation induite par la fibrine, comme le montre la libération accrue de ROS par les macrophages.
Des études de mutagenèse ont mis en évidence l'interaction entre la protéine Spike et un épitope spécifique de la chaîne γ du fibrinogène, qui est crucial pour la liaison du récepteur CD11b impliqué dans l'activation immunitaire. Le blocage de cet épitope spécifique avec un anticorps monoclonal, le 5B8, a non seulement inhibé l'interaction fibrine-spike, mais a également réduit la libération de ROS favorisée par la protéine Spike, indiquant un mécanisme thérapeutique potentiel pour atténuer à la fois la formation de caillots et l'inflammation. In vivo, la co-injection de fibrinogène et de Spike dans le cerveau de la souris a augmenté la réactivité microgliale induite par la fibrine, soulignant le rôle pro-inflammatoire de la fibrine en présence de la protéine Spike du SARS-CoV-2.
Conclusions
En résumé, l'étude révèle que le fibrinogène joue un rôle central dans la thromboinflammation et la neuropathologie du COVID-19, non seulement en raison de l'inflammation systémique, mais aussi en tant que participant actif au processus de la maladie. L'interaction du fibrinogène avec la protéine de pointe du SRAS-CoV-2 entraîne une formation anormale de caillots, une hyperinflammation et des effets directs sur la microglie du cerveau, contribuant aux symptômes neurologiques observés dans le COVID-19. L'anticorps anti-fibrine 5B8 s'est avéré bloquer bon nombre de ces effets pathologiques, offrant une double protection en réduisant à la fois la thromboinflammation et la neurodégénérescence. La suppression de l'activité des cellules NK par la fibrine souligne encore davantage son rôle dans la modulation de la réponse immunitaire, altérant potentiellement la clairance virale et aggravant la gravité de la maladie. Ce mécanisme pourrait être important dans le COVID aigu et long, où le dépôt persistant de fibrine peut contribuer à l'inflammation continue et au déclin cognitif. L’étude souligne également le potentiel des thérapies ciblant la fibrine pour réduire la thromboinflammation et protéger contre les dommages neurologiques liés à la COVID-19 sans compromettre l’hémostase normale, offrant une voie thérapeutique prometteuse pour les patients souffrant des effets à long terme de la COVID-19.