Le SRAS-CoV-2 recrute des métabolites de l’hème dans l’évasion des anticorps

Le domaine C-terminal S1 de la protéine de pointe du SARS-CoV-2 contient le domaine de liaison au récepteur (RBD), qui est responsable de l’interaction avec le récepteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2) que l’on trouve couramment à la surface des cellules dans les poumons et le cerveau, permettant au virus de pénétrer. La fonction du domaine N-terminal (NTD) de la sous-unité S1 est moins bien comprise. Cependant, on sait que les mutations de la NTD ont été associées à une augmentation de la fuite virale des anticorps.

Un article de recherche récemment publié dans la revue Progrès scientifiques par Cherepanov et al. (22 avril^nd, 2021) ont démontré que le NTD se lie à la biliverdine, un produit du catabolisme de l’hème, conduisant à une meilleure évasion d’anticorps à des concentrations physiologiquement pertinentes.

Liaison avec biliverdin

Le groupe de recherche a produit une variété d’antigènes de protéines de pointe recombinantes par expression dans des lignées cellulaires humaines exposées au SARS-CoV-2, au SARS-CoV-1, à l’un des deux autres coronavirus saisonniers, ou à la sous-unité S1, RBD ou NTD du SRAS- CoV-2 seul. Il a été noté qu’une fois récupérées, certaines de ces protéines portaient une teinte verte distinctive avec des pics d’adsorption de 390 et 670 nm, en accord avec la présence de biliverdine. Ce pigment est responsable de la coloration des ecchymoses. Le SRAS-CoV-1, le SRAS-CoV-2, la sous-unité S1 et le NTD contenaient ce pigment, mais pas le RBD ou d’autres coronavirus.

L’hème est impliqué dans de nombreux processus cellulaires par interaction avec des protéines, agissant fréquemment comme un donneur d’oxygène ou d’électrons au cours des processus métaboliques. Cependant, la concentration de l’hème dans la cellule est soigneusement modulée par le catabolisme pour éviter les effets néfastes, et le premier produit de la désintoxication de l’hème endogène est la biliverdine par l’action des enzymes oxygénases, puis est réduite en bilirubine, le produit final. On a constaté que la biliverdine et la bilirubine se liaient à la sous-unité S1 du SARS-CoV-2 avec une constante de dissociation d’environ 10 et 700 nM, respectivement, tandis que l’hème lui-même avait une constante de dissociation significativement plus faible d’environ 7 μM.

Afin d’étudier de plus près ces interactions, le groupe a utilisé la microscopie électronique cryogénique (cryo-EM) et la cristallographie aux rayons X, révélant que la biliverdine se trouve profondément dans une fente sur le côté du NTD, la poche est entourée de résidus hydrophobes qui imposent de multiples interactions électrostatiques favorables sur la molécule, tandis qu’un certain nombre d’interactions supplémentaires de liaison hydrogène et d’empilement π-π sont disponibles pour améliorer l’affinité. En particulier, le groupe a noté que les résidus Asn121 et Arg190 de la sous-unité S1 semblent être hautement conservés à travers les coronavirus, tandis que la position 207 est variable. La substitution à ces positions s’est avérée avoir un effet négatif profond sur la capacité de la NTD à se lier à la biliverdine.

Le rôle des MTN

La capacité du pic de SRAS-CoV-2 à pénétrer dans les cellules et à se répliquer n’a pas été affectée par la présence de biliverdine. Cependant, les auteurs ont constaté que lorsque des sérums provenant de patients étaient ajoutés en combinaison avec une faible concentration de la molécule, sa présence réduisait la liaison des IgG à la protéine de type sauvage jusqu’à 50%. L’imposition d’une mutation N121Q au pic a éliminé l’affinité de la protéine envers la biliverdine et les anticorps se sont liés à la protéine à un taux similaire à celui sans la présence de biliverdine. Pour étudier plus en détail les anticorps spécifiquement affectés par l’incorporation de biliverdine dans la NTD, trente-huit IgG connues pour neutraliser la protéine de pointe du SRAS-CoV-2, en plus de quinze spécifiquement contre la sous-unité S1, ont été assemblées par le groupe et testées contre le NTD de type sauvage et le mutant N121Q, constatant que 17% des IgG ont perdu leur affinité de liaison envers la forme de type sauvage en présence de biliverdine. Grâce à des études cryo-EM, il a été constaté que la biliverdine agit comme un «coin», ce qui restreint l’ouverture de la NTD et réduit ainsi l’accès à l’épitope. Pour le moment, les détails concernant la manière dont l’affinité de chaque anticorps neutralisant individuel est affectée par l’incorporation de ce métabolite doivent encore être élucidés.

Il est possible qu’un tel mécanisme ait évolué dans le SRAS-CoV-2 et ses ancêtres en tant que méthode de démasquage conditionnel, où il peut être utile à un virus de révéler sa pleine identité par un déclencheur environnemental, tel que le pH. Les auteurs notent que tant les individus en bonne santé que ceux déjà infectés par le SRAS-CoV-2, en particulier, portent des concentrations physiologiques de biliverdine suffisantes pour subir cette incorporation, tandis que la bilirubine à plus faible affinité s’accumule à des niveaux encore plus élevés. Les anticorps neutralisants possèdent encore une affinité significativement plus grande envers le NTD que l’une ou l’autre de ces molécules. Cependant, leur concentration beaucoup plus élevée combinée à une cinétique d’association-dissociation rapide semble leur permettre de supprimer la liaison d’anticorps.