La protéine de pointe du SRAS-CoV-2 cachée à mesure que le pH change

Le coronavirus du syndrome respiratoire aigu sévère 2 (SARS-CoV-2) s'est révélé être un ennemi insaisissable, échappant à la surveillance immunitaire tout en provoquant des réponses hyperinflammatoires qui finissent par détruire l'hôte dans une minorité significative de cas.

Maintenant, une nouvelle étude publiée sur le serveur de préimpression bioRxiv * en juillet 2020 rapporte le rôle du pH pour aider le virus à échapper à la neutralisation par les anticorps, en induisant un changement de conformation clé.

Les pics viraux sont des cibles privilégiées pour neutraliser les anticorps, et beaucoup ont évolué contre l'évasion immunitaire, dont certains ressemblent à des aspects du masquage conformationnel dépendant du pH. Le virus Ebola masque son site de liaison aux récepteurs lorsque l'endosome est clivé, tandis que la protéine d'enveloppe du VIH subit également un masquage conformationnel, induisant des anticorps non neutralisants. Le virus du SRAS-CoV-2 a une faible enthalpie de pliage au niveau de la protéine de pointe. Cela permet à des anticorps tels que la molécule CR3022 de s'y lier à haute affinité, mais pas de la neutraliser.

La protéine Spike (S) du virus est une cible importante pour neutraliser les anticorps. Le domaine de liaison au récepteur (RBD) sur la sous-unité S1 de la protéine S est une structure semblable à un volet avec une charnière, mais le but de ce mouvement a été un point de discussion.

La protéine S est une machine de fusion de type I. Il interagit avec les récepteurs de l'enzyme de conversion de l'angiotensine (ACE) 2 sur la cellule hôte, ce qui déclenche l'endocytose du complexe dans la cellule hôte. Une fois que le complexe virus-ACE2 pénètre dans la cellule par endocytose, il est exposé à un pH endosomal bas. Il active également TMPRSS2, une enzyme protéolytique qui clive la protéine S dans l'endosome et permet au virus de pénétrer dans le cytosol.

La pointe du SRAS-CoV-2 est partiellement pliée au pH physiologique, où elle se lie à ACE2 et CR3022, et davantage pliée à pH plus faible, où elle se lie toujours à ACE2, mais pas à CR3022. Schéma montrant l'entrée dépendante de l'ACE2 du SARS-CoV-2 et l'excrétion dépendante du pH des anticorps comme le CR3022.

Le CR3022 est un anticorps qui peut se lier à la protéine de pointe via un site de liaison caché lorsqu'il est présent à des niveaux de nanomole égaux. Au pH physiologique, il se lie à une affinité élevée à la fois au pic et au RBD, mais avec une affinité dix fois plus élevée pour le premier. Lorsque le pH tombe à 5,5, cela est toujours observé, mais à pH 4,5, son affinité de pointe devient très brusquement mille fois plus faible, bien qu'elle se lie toujours à une affinité élevée au RBD.

Cependant, les preuves s'accumulent que les personnes qui se remettent de COVID-19 manquent souvent de niveaux élevés d'anticorps neutralisants, et certains ont même été infectés à nouveau par le virus.

L'assemblage de protéines CR3022-spike se démonte également avec une facilité surprenante. L'article actuel décrit un modèle où le virus utilise des RBD mobiles avec le déploiement du pic de virus pour atteindre l'évasion immunitaire en tirant parti des mécanismes d'affinité de la maturation des anticorps.

L'enthalpie de dépliage de la protéine S est moindre au pH physiologique

Les chercheurs ont mesuré l'enthalpie de déploiement de la pointe et la facilité avec laquelle elle se lie à la pointe et à l'anticorps CR3022 en termes de pH. Ils ont constaté qu'elle était minimale au pH physiologique, environ 10% de celle d'une protéine globulaire typique.

Ils ont observé une multiplication par dix rapide de l'enthalpie de dépliage au pH endosomal, ce qui enferme la protéine S dans une conformation où tous les RBD sont orientés vers le bas. Cela provoque la perte d'anticorps comme CR3022 car il se lie aux épitopes cachés qui sont inaccessibles dans cette conformation. Ce changement peut être un moyen par lequel le virus a développé sa méthode pour échapper à la surveillance immunitaire.

La protéine S peut reconnaître ACE2 même lorsqu'elle est liée à CR3022, et le complexe pénètre dans l'endosome.

La protonation de l'Asp aux replis à bas pH fait basculer le domaine de verrouillage du RBD en position basse; un variant Asp614Gly a modifié les interactions avec l'ACE2 et le masquage conformationnel modérément altéré. Schéma du verrouillage du pH-switch du RBD en position basse.

CryoEM montre deux configurations à différents pH

Les scientifiques de cette étude ont également effectué une microscopie cryoélectronique (cryo-EM) de la protéine de pointe isolée de manière isolée et en complexe avec le récepteur ACE2. Cela a révélé deux configurations: une conformation RBD unique vers le haut et une conformation tout RBD vers le bas. Au pH physiologique de 5,5, le premier prédomine. Pourtant, le changement de conformation de ce dernier état au pH endosomal de 4,5 permet aux anticorps non neutralisants de se lier avidement et étroitement au RBD, ce qui signifie que les anticorps neutralisants sont bloqués malgré un titre relativement élevé.

Ce mécanisme serait responsable de l'évasion immunitaire par le SRAS-CoV-2. Une nouvelle souche de SARS-CoV-2, appelée Asp614Gly, est considérée comme moins apte à cette évasion, avec une enthalpie de déploiement nettement moins importante, ce qui permet de comparer facilement son mécanisme de liaison.

Méthodes de neutralisation possibles

Les chercheurs proposent trois façons de neutraliser le virus face à ce changement conformationnel qui masque les épitopes neutralisants. L'une est via des anticorps qui bloquent la liaison du virus à l'ACE2, car cela empêche le virus de pénétrer dans les endosomes acides et de subir un changement de conformation.

CR3022 est incapable de neutraliser le virus en raison du masquage de son épitope bivalent par le commutateur de conformation à pH 4,5. Cela réduit mille fois son affinité de liaison. Une autre voie pour surmonter cet effet consiste à utiliser des anticorps qui ont une affinité encore plus élevée, de quelques ordres de grandeur, pour surmonter l'effet produit par le masquage conformationnel à faible pH.

Enfin, les anticorps qui se lient à la deuxième conformation de pointe, où tous les RBD sont dans le bas de l'état, peuvent neutraliser le virus en le bloquant dans cet état. Il est peut-être important que plusieurs anticorps neutralisants soient maintenant connus pour se lier à l'antigène de pointe dans cette conformation.

Les enquêteurs disent: «Nous proposons la conformation verrouillée à pH 4 tout en bas de la pointe comme cible de vaccin, conformément à ce qui a été fait pour surmonter l'évasion d'autres machines de fusion virales de type 1, telles que celles du RSV, du VIH, et d'autres. »

*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, orienter la pratique clinique / les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.