Le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) – l’agent pathogène causal de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) – a infecté plus de 61,1 millions de personnes dans le monde et causé plus de 1,43 million de décès.
Alors que les scientifiques continuent de rechercher des interventions pharmaceutiques efficaces contre le SRAS-CoV-2, une nouvelle étude rapporte un anticorps monoclonal très prometteur, HB27, qui semble avoir deux mécanismes d’action distincts inhibant l’interaction virus-cellule hôte et l’infection ultérieure. Cela pourrait donc être un « candidat prometteur pour les immuno-thérapies contre le COVID-19 », explique l’équipe de recherche.
Le virus pénètre dans les cellules hôtes via sa protéine de pointe, une protéine à deux sous-unités qui engage le récepteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2) sur la membrane de la cellule hôte. Cela expose la protéine aux protéases de la cellule hôte, ce qui déclenche alors un changement massif de conformation entre les étapes de pré-fusion et de post-fusion. Cela conduit à la fusion des membranes des cellules virale et hôte pour permettre au virus d’entrer dans le cytosol de la cellule hôte.
La protéine S existe en tant que trimère dans la nature, mais a un état accessible et inaccessible aux récepteurs, dans lequel les RBD sont ouverts (un ou plusieurs) ou fermés (tous). Ces états sont possibles en raison du mouvement en forme de charnière au niveau de la RBD médié par des interactions complexes protéine-protéine avec les cellules hôtes.
Bien que des anticorps neutralisants (NAb) aient été identifiés, certains, comme le CR3022, ne parviennent pas à prévenir l’infection par le virus. Ceci est probablement dû à la conformation flexible des épitopes neutralisants, qui permettent à l’infection de se poursuivre malgré la présence de NAb. D’autre part, d’autres anticorps sont découverts qui semblent neutraliser le virus sans bloquer le récepteur ACE2.
L’étude actuelle, publiée dans le bioRxiv * serveur en novembre 2020, vise à comprendre le mécanisme de neutralisation du SRAS-CoV-2 par un anticorps monoclonal nouvellement identifié. La NAb a été identifiée à partir d’une banque d’anticorps obtenue à partir de souris immunisées avec SARS-CoV-2 RBD recombinant, et était une chimère, appelée MHB27. Comme cela avait une puissante activité de liaison et de neutralisation contre le virus, une forme humanisée a été générée, appelée HB27.
Les formes IgG et HB27 de cet anticorps se lient à la RBD du SARS-CoV-2 à faible et très faible affinité nanomolaire, mais pas à la RBD des premiers SARS-CoV et MERS-CoV. Sa concentration inhibitrice demi-maximale (IC50) est également dans la gamme nanomolaire très faible. Il a en outre été testé contre le virus de type sauvage dans un test de neutralisation de réduction de plaque (PRNT) et a montré une concentration neutralisante nanomolaire.
Sommaire
Infection de la souris empêchée
Chez les souris sensibles, une dose unique de HB27 a permis de prévenir l’infection par le SARS-CoV-2, MASCp6, adapté à la souris, lorsqu’elle a été administrée avant ou après l’exposition au virus, la charge virale étant réduite de plus de 99,9% dans les poumons. et la trachée.
Ils ont ensuite testé la capacité de HB27 à prévenir l’infection par le SRAS-CoV-2 dans un modèle murin adapté pour exprimer les récepteurs ACE2 humains. Ils ont trouvé, à nouveau, que cette molécule était capable de réduire les charges virales dans les poumons et la trachée 5 jours après la provocation avec le virus, si l’anticorps était administré avant ou après l’exposition. Cependant, le dosage préventif était plus puissant, les taux viraux pulmonaires étant réduits de plus de mille fois.
Les faibles niveaux d’ARN viral observés dans les poumons et la trachée aux jours 3 et 5 après l’infection peuvent être dus à la provocation intranasale, où les anticorps IgG ne peuvent pas se lier directement au virus, ce qui lui permet de pénétrer dans les poumons et la trachée. Cependant, aucun virion infectieux n’a pu être trouvé dans ces tissus à ces moments, comme le montre un PRNT.
Alors que les souris témoins ont montré des signes de pneumonie interstitielle modérée, les souris traitées par HB27 présentaient des infiltrats inflammatoires minimes ou très légers, montrant la capacité de la NAb à prévenir ou traiter l’infection après une exposition au SRAS-CoV-2.
Non toxique à fortes doses
Les chercheurs ont également testé la toxicité de l’anticorps en l’administrant en une seule dose élevée, par voie intraveineuse, à 10 fois la dose efficace estimée chez l’homme, au modèle de primate non humain (PSN), les macaques rhésus. Aucun des quatre animaux testés n’a montré de signes de toxicité et la demi-vie s’est avérée être d’environ 10 jours en moyenne. Fait intéressant, cette période est probablement adéquate pour son efficacité thérapeutique, puisqu’à 5 jours, il y avait une réduction de 99,9% de la charge virale. Les résultats ont indiqué son innocuité dans les PSN.
« Double Lock » sur SARS-CoV-2
Les scientifiques ont ensuite étudié le mécanisme de neutralisation et ont découvert que HB27 empêchait complètement l’interaction ACE2-trimérique S soluble. Non seulement ainsi, ACE2 soluble déjà lié a été remplacé par HB27, car ce dernier a une affinité de liaison mille fois plus forte avec la protéine de pointe. Cependant, des concentrations beaucoup plus élevées sont nécessaires pour neutraliser cette liaison lorsque le récepteur ACE2 est à la surface de la cellule, peut-être parce qu’il est dimère. Lorsqu’ils ont été testés par transcription inverse par réaction en chaîne par polymérase en temps réel (RT-PCR), les chercheurs ont confirmé que les cellules traitées avec HB27 avant et après l’attachement du virus à des concentrations inférieures au micromolaire pouvaient déplacer des virions déjà liés à une concentration d’environ 2,5 nM.
Base structurelle pour la neutralisation du SRAS-CoV-2 par HB27 (A) Vues orthogonales des affrontements entre les Fab HB27 et ACE2 lors de la liaison au trimère du SRAS-CoV-2 S. Le trimère SARS-CoV-2 S est présenté sous forme de diagrammes en ruban et de surfaces moléculaires translucides avec trois monomères colorés respectivement en cyan, jaune et violet. Les trois copies des Fab HB27 sont rendues sous forme de surfaces moléculaires colorées 636 de la même manière que sur la figure 6. L’ACE2 superposé est présenté sous forme de diagrammes en ruban vert ainsi que de surface moléculaire translucide. Les encarts sont des vues rapprochées des affrontements entre ACE2 et HB27 lors de la liaison à SARS-CoV-2 RBD. (B) Vues orthogonales de la structure de HB27 Fab-A, Fab-B et Fab-C complexé avec SARS-CoV-2 RBD. Les sous-unités S1 du trimère SARS-CoV-2 S sont rendues sous forme de surfaces cyan, jaune et violette et les sous-unités S2 sont rendues sous forme de surfaces grises.
Deuxièmement, ils ont découvert que HB27 inhibe également la fusion des membranes des cellules virales et hôtes. Ils ont utilisé un système de fusion cellule-cellule à médiation par pic avec une lignée cellulaire qui exprime le SARS-CoV-2 et une étiquette GFP comme cellules effectrices qui propagent l’infection, et des cellules Vero E6 comme cellules cibles qui souffrent de l’infection. Ils ont découvert que lorsque les deux types de cellules étaient incubés, des centaines de cellules fusionnaient pour former une grande cellule syncytiale. Cependant, la présence de HB27 a complètement empêché cela, à une concentration de 0,5 µM. Cela n’a pas été observé avec un autre anticorps neutralisant, H104.
Ils ont également réalisé des tests de neutralisation, conduits en introduisant HB27 après que le virus se soit déjà lié à son récepteur. Ils ont constaté qu’il empêchait ou réduisait la formation de syncytium, en fonction de la dose à laquelle il était ajouté, de 4 à 100 nM, et à 100 nM, une inhibition complète était observée. Il est également capable de bloquer la fusion dépendant du pH du virus avec les membranes liposomiques d’une manière dose-dépendante, ce qui offre un autre mécanisme de neutralisation, bien qu’à une concentration plus élevée.
Les chercheurs concluent que le principal mécanisme de neutralisation est probablement l’inhibition de l’attachement virus-récepteur. L’inhibition de la fusion membranaire peut dépendre du fait que la molécule peut accéder à l’endosome contenant le virus.
Mécanisme d’inhibition
Ils ont ensuite fait une visualisation structurelle du processus d’inhibition. La tête RBD est insérée dans une cavité formée par cinq régions CDR, via de nombreuses interactions hydrophobes, avec cinq liaisons hydrogène supplémentaires. Le site antigénique auquel HB27 se lie comporte 12 résidus, 7 seulement étant communs au SARS-CoV-2 et au SARS-CoV, ce qui peut expliquer pourquoi l’anticorps ne peut pas neutraliser ce dernier. Encore une fois, parmi les mutations RBD rapportées jusqu’à présent, aucune ne se trouve dans cet épitope, et tous les mutants RBD avaient des affinités de liaison similaires lors des tests avec HB27, comme le mutant D614G.
Le mécanisme de neutralisation se fait par encombrement stérique de la liaison ACE2, avec deux molécules HB27 adjacentes empêchant stériquement la liaison d’une molécule ACE2. On a observé que le S trimérique était dans un seul état conformationnel, un fermé avec deux ouverts. Le Fab du HB27 attaché au RBD fermé semble ancrer les trois RBD et les empêche de changer.
Contrairement à plusieurs autres anticorps monoclonaux à réactivité croisée avec différents modèles de neutralisation, impliquant des patchs conservés d’acides aminés près du bord du RBM mais pas à l’intérieur de celui-ci, HB27 est au bord le plus variable du noyau RBM et occupe tous les RBD. Cela pourrait expliquer pourquoi cet anticorps est spécifique et hautement neutralisant.
Conclusion
Les chercheurs concluent que « HB27 inhibe probablement l’infection par le SRAS-CoV-2 à plusieurs étapes au cours du processus d’entrée virale. » C’est le premier anticorps rapporté capable d’empêcher la fusion membranaire par un coronavirus. De plus, conformément à certaines recherches récentes, la perturbation de l’attachement cellule hôte-virus par cet anticorps pourrait empêcher l’association entre le virus et la protéase de la cellule hôte TMPRSS2; encore une fois, peut-être, en empêchant la fusion de la membrane virale en inhibant le clivage du pic médié par TMPRSS2.
Les auteurs décrivent ceci: « La puissante activité neutralisante de HB27 résulte probablement de son intervention à deux étapes de l’infection virale, bloquant l’attachement du virus à son récepteur et bloquant la fusion membranaire; résultant en un double verrouillage. » Les résultats des essais cliniques en cours de cet anticorps en Chine devraient être pleins d’intérêt.
*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.
