Le site de clivage de la furine et le D614G sur le pic de SRAS-CoV-2 ont évolué pour équilibrer l'infectivité, la stabilité et la cytopathicité

Des chercheurs américains ont cherché à élargir les connaissances sur l'évolution, la fonction et les interactions de la glycoprotéine de pointe du coronavirus 2 (SRAS-CoV-2) du syndrome respiratoire aigu sévère avec les facteurs de l'hôte pour aider les chercheurs à développer des immunogènes vaccinaux et des traitements efficaces.

Le SRAS-CoV-2 est l'agent causal de la maladie COVID-19, qui sévit actuellement dans le monde. Le virus a maintenant infecté plus de 43,89 millions de personnes et fait plus de 1,16 million de morts. L'étude intitulée «Spike glycoprotéine et déterminants de la cellule hôte de l'entrée du SRAS-CoV-2 et des effets cytopathiques» est publiée sur la pré-impression server bioRxiv * en octobre 2020.

Contexte

Les coronavirus sont des virus enveloppés avec un ARN à brin positif comme matériel génétique. Ceux-ci infectent les voies respiratoires et digestives des animaux et des humains. Deux bétacoronavirus, le coronavirus du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-1) et le coronavirus du syndrome respiratoire du Moyen-Orient (MERS-CoV), ont provoqué une épidémie mortelle mais auto-limitée chez l'homme en 2002 et 2013, respectivement. La pandémie actuelle de SRAS-CoV-2 conduit à des maladies respiratoires graves chez l'homme avec un taux de mortalité de 3 à 4%.

Que se passe-t-il lorsque le virus frappe une cellule hôte?

Le SARS-CoV-2 contient un trimère de glycoprotéine de pointe (S) et une protéine de fusion de classe I. Ceci est responsable de l'entrée du virus dans la cellule hôte et entraîne des effets pathologiques sur la cellule ou des effets cytopathologiques. Il est décomposé en glycoprotéines S1 et S2. Cette étude a tenté de voir les contributions de plusieurs caractéristiques de la glycoprotéine S sur les effets et les différences dans les autres coronavirus apparentés. La glycoprotéine de pointe du SRAS-CoV-2 (S gp) est l'une des cibles d'un vaccin qui pourrait prévenir le COVID-19.

Parmi les 2 sous-unités, S1 contient un domaine de liaison au récepteur (RBD) qui se lie au récepteur de l'enzyme de conversion de l'angiotensine 2 (ACE2). La sous-unité S2 a un peptide de fusion et deux régions de répétition de l'heptade (HR1 et HR2). Ces régions permettent la fusion de la membrane virale et de la membrane cellulaire de l'hôte. Le clivage de S1 et S2 a lieu à l'aide d'une enzyme protéase produite par la cellule hôte appelée cathepsine B / L, TMPRSS2. Ensuite, les régions HR1 et HR2 de S2 forment un faisceau stable à six hélices qui rassemble les membranes virale et cellulaire et permet l'entrée du virus.

Les cellules 293T-ACE2 ont été transfectées soit avec un plasmide exprimant la protéine fluorescente verte améliorée (eGFP) seul (Mock), soit avec le plasmide exprimant eGFP et un plasmide exprimant le SRAS-CoV-1 S gp ou le SARS-CoV de type sauvage ou mutant. 2 S glycoprotéines. Après 24 heures, les cellules ont été examinées au microscope à fluorescence. Les résultats présentés sont représentatifs de ceux obtenus dans deux expériences indépendantes.

Différences de glycoprotéine S entre le SARS CoV1, le MERS CoV et le SARS CoV2

1. Une diversité de S gp modifie l'interaction entre la cellule hôte et le virus et affecte la pathogénicité des coronavirus. Les auteurs ont expliqué que le S gp du SRAS-CoV-2 est à 79,6 pour cent similaire à celui du SRAS-CoV-1 mais présente quelques différences. Il a des bases de furine entre sa jonction S1 et S2. Ce site de clivage est également observé dans la gp MERS-CoV S.
2. Par rapport au SARS-CoV-2 original trouvé à Wuhan, en Chine, les variantes actuelles du SARS-CoV-2 ont un résidu glycine au lieu de l'acide aspartique à la position 614 (D614G) sur le S1 et un domaine C-terminal (CTD2) . Les auteurs écrivent que ce changement de D614G est associé à un taux de réplication plus rapide et plus élevé du virus.
3. Les virus du SRAS ont un endodomaine S2 riche en cystéine à 97% similaire. Le SARS-CoV-2, en outre, a un résidu de cystéine dans sa queue cytoplasmique. L'endodomaine S2 du SRAS-CoV-1 peut potentiellement influencer la fonction de la S gp et la localisation et l'assemblage du virus dans le complexe intermédiaire réticulum endoplasmique-Golgi (ERGIC).

Méthodes

L'étude menée par des chercheurs du Dana-Farber Cancer Institute, de la Harvard Medical School et de l'Université de l'Alabama à Birmingham a été menée pour évaluer les phénotypes des mutants gp du SRAS-CoV-2 S et vérifier les deux sites de clivage proposés au S1 / S2 jonction et le résidu polymorphe Asp / Gly 614. Ils ont également étudié le peptide de fusion dans l'ectodomaine S2 et le signal de rétention ERGIC, et les résidus cystéine palmitoylés dans l'endodomaine S2.

Pour cette étude, ils ont examiné l'expression de la S gp sur la constitution génétique du virus et «l'association, la glycosylation et l'incorporation» de ces séquences sur le lentivirus et le virus de la stomatite vésiculaire (VSV) et d'autres virus de type SARS-CoV-2. particules (VLP).

Lorsqu'ils ont été incorporés à d'autres virus, ils ont noté si les variants de glycoprotéine S étaient capables de les rendre infectieux et les niveaux de stabilité et de sensibilité à l'inhibition des virus. Ils ont également vérifié si les variantes de la S gp pouvaient favoriser la fusion cellule-cellule pour former des combinaisons mortelles ou des syncities. TMPRSS2 et les métalloprotéases matricielles ont été vérifiées pour voir si elles pouvaient contribuer à l'efficacité de ce processus. Les inhibiteurs de la métalloprotéase matricielle ont été vérifiés pour voir s'ils pouvaient bloquer la fusion cellule-cellule médiée par S dans TMPRSS2.

Qu'est-ce qui a été trouvé?

Les chercheurs ont noté que ce site de clivage de la furine de la glycoprotéine du SRAS-CoV-2 S réduisait la stabilité et l'infectivité du virus, mais augmentait sa capacité à former une syncytie létale. Ils ont noté que le changement D614G observé dans les souches actuelles de SRAS-CoV-2 restaure son infectivité et améliore son affinité envers le récepteur ACE2 et sa sensibilité à un sérum contenant des anticorps. Le changement D614G renforce également l'association de la sous-unité S1 avec le trimère.

L'équipe écrit: « Apparemment, deux caractéristiques uniques de la glycoprotéine SARS-CoV-2 S, le site de clivage de la furine et le D614G, ont évolué pour équilibrer l'infectivité, la stabilité, la cytopathicité et la vulnérabilité des anticorps du virus. »

Ils ont également noté que l'endodomaine (queue cytoplasmique) de la sous-unité S2 diminuait l'entrée du virus ou la formation de syncytium. Ils ont également découvert que les inhibiteurs de protéase empêchent les protéases de rompre la S gp et suppriment la fonction de la glycoprotéine S. Les inhibiteurs de métalloprotéases matricielles diminuent également la fusion cellule-cellule médiée par S mais n'affectent pas l'entrée virale de la cellule. Les auteurs ont écrit: « La synergie entre les inhibiteurs des métalloprotéases matricielles et TMPRSS2 suggère que les deux protéases peuvent activer la glycoprotéine S pendant le processus de formation de syncytium ».

Importance et implications

Les interactions glycoprotéine-cellule hôte du SRAS-CoV-2 S pourraient aider à déterminer le risque de transmission et la pathogénicité du virus, écrivent les chercheurs. Les auteurs expliquent que puisque la S gp est la principale cible du vaccin et également une cible pour les anticorps neutralisants formés lors d'une infection active, cette étude fournit un aperçu important de cette protéine. Les auteurs ont conclu: «La connaissance de l'évolution, de la fonction et des interactions des glycoprotéines de pointe avec les facteurs de l'hôte aidera les chercheurs à développer des immunogènes et des traitements vaccinaux efficaces. Ils ont identifié deux métalloprotéases qui pourraient bloquer la fusion cellule-cellule médiée par S, ce qui pourrait aider à prévenir l'infection et son atténuation.

*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.