Une nouvelle étude réalisée par des chercheurs italiens et publiée en ligne sur le serveur de préimpression bioRxiv * en juin 2020 rapporte la capacité de plusieurs médicaments stéroïdiens existants à réduire la liaison du SRAS-CoV-2 au récepteur ACE2. Cela pourrait aider à définir de nouvelles stratégies utilisant des bloqueurs d'entrée viraux pour réduire la charge virale.
La pandémie actuelle de COVID-19 a coûté la vie à plus de 432 000 personnes, avec bien plus de 7,89 millions de cas confirmés dans le monde au 15 juin 2020. Ce nouveau coronavirus est principalement un virus respiratoire, causant principalement une maladie asymptomatique et bénigne. Dans une minorité importante, le virus induit de graves symptômes pulmonaires et des lésions multi-organes, souvent fatales.
Sommaire
Mécanisme d'entrée virale
Le virus pénètre dans les cellules hôtes en se liant au récepteur de l'enzyme de conversion de l'angiotensine (hACE2) humain sur la membrane cellulaire. Ceci est médié par la protéine de pointe de SARS-CoV-2, une protéine transmembranaire, qui assure la reconnaissance du récepteur ACE2 et la fusion de la membrane, nécessaire pour l'entrée virale dans la cellule hôte.
La protéine S existe en tant que trimère sur la membrane virale, chaque protomère se composant de deux sous-unités fonctionnelles, S1 et S2. Ceux-ci sont respectivement responsables de la liaison au récepteur viral et de la fusion de la membrane cellulaire du virus-hôte. La sous-unité S1 porte le domaine de liaison au récepteur (RBD) sur son domaine C-terminal.
La cristallographie aux rayons X montre que le RBD agit comme une charnière ou un volet, avec une conformation «haut» ou «bas». Dans ce dernier, les résidus d'acides aminés qui se lient à la molécule ACE2 sont cachés; dans l'ancien, exposé.
Le RBD lui-même contient le motif de liaison au récepteur (RBM), qui entre en fait en contact avec le domaine carboxypeptidase de la molécule ACE2. Il s'agit d'une région variable du RBD par rapport au reste de la protéine, ce qui soulève la question de savoir si les autres coronavirus comme le SRAS-CoV peuvent créer des anticorps à réactivité croisée contre le SRAS-CoV-2. Le reste du RBD rend le RBD plus stable.
L'entrée du virus dans la cellule hôte nécessite que la pointe ou la protéine S soit clivée en deux étapes. La première étape se produit après la liaison du virus à la protéine ACE2 et est accomplie par des protéases cellulaires agissant dans la région entre S1 et S2, à savoir la sérine protéase transmembranaire TMPRSS2.
Il existe également un site de clivage de la furine unique dans cette région, non trouvé dans le SRAS-CoV. Cela rend également le virus plus adaptable au clivage par d'autres protéases cellulaires, ce qui le rend capable d'infecter plus de types cellulaires, car les protéases à furine sont largement présentes, en particulier dans les voies respiratoires.
Cette étape de clivage est nécessaire pour l'initiation de la fusion membranaire par la sous-unité S2, et cela implique un deuxième site de clivage sur ce site, qui est maintenant considéré comme essentiel pour activer la protéine S2.
(A) Alignement Clustal Omega des régions RBD de la protéine SARS-CoV et SARS-CoV-2 Spike. Les résidus portant sur différentes poches sont respectivement de couleur jaune (poche 1), vert (poche 2), bleu clair (poche 3), magenta (poche 4), rouge (poche 5) et bleu ardoise foncé (poche 6). (B) Représentation d'illustration du trimère de la protéine SARS-2 Spike en complexe avec le domaine PD de l'ACE2. Complexe obtenu grâce à la superposition des structures PDB 6VSB et 6M0J. (C) Représentation en surface des six poches sélectionnées utilisées pour le dépistage.
Médicaments pour inhiber les interactions virus-ACE2
De nombreuses recherches ont été consacrées à la recherche de médicaments capables de prévenir ou de réduire efficacement les interactions viral-ACE2. La réadaptation des médicaments est devenue une stratégie importante à cet égard, car elle peut réduire le temps et les dépenses associés au développement d'un nouveau médicament. Cependant, les médicaments d'urgence pour traiter COVID-19 restent rares.
Une telle avenue de recherche consiste à trouver de petites molécules qui peuvent se fixer aux résidus au site de liaison du RBD à l'ACE2. Le présent article rapporte la découverte de plusieurs sites de liaison potentiels pour de petites molécules qui peuvent occuper de telles poches médicamentables de manière à inhiber la liaison virus-ACE2 in vitro.
Le modèle de microscopie électronique de la protéine S a été utilisé pour identifier 6 poches potentiellement médicamentables où les médicaments pourraient se lier à la région d'interface. Ensuite, un algorithme génétique, en collaboration avec la recherche locale, a été utilisé pour cribler virtuellement la molécule pour la liaison par chacun de plus de 2900 médicaments approuvés par la FDA.
Représentation graphique du mode de liaison des meilleurs composés résultant du criblage en poche 1. La région RBD est représentée en surface transparente colorée par des résidus d'hydrophobie. Les codes de couleur sont: bleu clair pour les régions les plus hydrophiles, blanc, rouge orangé pour les plus hydrophobes. (A) Acide bétulinique (bâton vert olive foncé) et acide oléanolique (bâton d'or). (B) Acide glycyrrhétinique (bâton de prune) et canrenoate de potassium (bâton cyan). Pour des raisons de clarté, les atomes d'hydrogène sont omis et seuls les acides aminés en interaction sont affichés dans des bâtons.
Cela a conduit à l'identification de plusieurs composés stéroïdiens et triterpénoïdes qui se lient de manière robuste et sélective aux poches RBD 1 et 5. Il s'agit notamment de l'acide glycyrrhétinique, de l'acide bétulinique et de la bétuline, de la canrénone et du canrenoate de potassium, de la spironolactone et de l'acide oléanolique.
Le composé le plus performant était l'acide glycyrrhétinique, qui a des interactions hydrophobes et hydrophiles avec la poche. Des modes de liaison similaires ont été montrés par l'acide oléanolique et l'acide bétulinique, tandis que le canrénoate de potassium avait une orientation de liaison différente.
Acides biliaires naturels ou semi-synthétiques inhibiteurs
Les chercheurs ont également examiné si d'autres composés qui se lient à d'autres récepteurs activés par les acides biliaires, à savoir le récepteur Farnesoid-X (FXR) et le récepteur d'acide biliaire de la protéine G (GPBAR) -1, pourraient se lier à la poche de liaison ci-dessus du RBD. Ceux-ci comprennent l'acide oléanolique, bétulinique et ursolique, et l'acide glycyrrhétinique et l'acide glycyrrhizique, qui se lient à ces récepteurs des acides biliaires. Les acides biliaires sont des molécules stéroïdiennes produites dans le foie.
Ils se sont ensuite penchés sur les acides biliaires naturels et semi-synthétiques qui sont soit actuellement utilisés dans le traitement médical, soit aux stades précliniques et cliniques de développement. Ceux-ci ont été testés pour leur capacité de liaison par rapport à la poche de liaison RBD. Ceux-ci se sont avérés avoir une affinité plus élevée pour la poche 5, qui est très conservée.
Les études d'amarrage montrent que les composés avec des échafaudages stéroïdiens plats et ceux avec un quai de configuration cis A / B vers la poche 1 et la poche 5, respectivement. Ces poches ont été confirmées comme fonctionnellement pertinentes pour la liaison RBD-ACE2 par des tests in vitro. Ainsi, une inhibition efficace de cette liaison est produite par plusieurs molécules stéroïdiennes (acide bétulinique, acide glycyrrhétinique, acide oléanolique et canrenoate de potassium).
Représentation graphique du mode de liaison des meilleurs composés issus du criblage en poche 5. La région RBD est représentée en caricature beige, tandis que la poche 5 reste en surface transparente colorée par des résidus hydrophobes. Les codes de couleur sont: bleu clair pour les régions les plus hydrophiles, blanc, rouge orangé pour les plus hydrophobes. (A) UDCA (bâton bleu), T-UDCA (bâton magenta) et G-UDCA (bâton vert ressort); (B) CDCA (bâton d'orchidée), OCA (bâton vert clair), BAR704 (bâton rouge foncé) et G-CDCA (bâton kaki); (C) BAR501 (bâton d'or) et BAR502 (bâton violet). Pour des raisons de clarté, les atomes d'hydrogène sont omis et seuls les acides aminés en interaction sont affichés dans des bâtons.
Déterminants structurels de l'activité inhibitrice
En particulier, l'acide glycyrrhétinique et oléanolique ont montré des résultats très prometteurs. L'acide oléanolique, qui n'avait que des interactions hydrophobes avec la poche, a produit la plus grande inhibition parmi les médicaments sélectionnés, suggérant que l'hydrophobicité est le principal facteur déterminant l'efficacité de l'inhibition.
Cela vaut également pour les acides biliaires, naturels et semi-synthétiques, qui ont également montré le rôle important joué par le groupe 6α-éthyle pour l'inhibition. Ce groupe pourrait favoriser la conformation bioactive ou «ascendante» du RBD, ainsi que faciliter les contacts hydrophobes avec d'autres résidus.
Le déterminant vital est donc le réseau de contacts hydrophobes et non la liaison hydrogène. Encore une fois, le groupe polaire sur la chaîne latérale semble être non essentiel pour l'inhibition.
Implications et recherche future
De tous les agents naturels et semi-synthétiques testés, l'acide glyco-ursodésoxycholique (G-UDCA) avait une activité inhibitrice robuste (50%) contre le RBD-ACE2. Le dérivé semi-synthétique BAR704, un agoniste FXR hautement sélectif et puissant, était également efficace et réduisait la liaison d'environ 50% à la dose de 0,1 et 1 μM.
Cependant, la plupart d'entre eux étaient des promoteurs des deux principaux récepteurs activés par les acides biliaires. En d'autres termes, tous ces médicaments se lient à la fois à ces récepteurs et à la protéine virale. Cette découverte pourrait être utilisée pour détourner la liaison virus-ACE2. Les combinaisons de ces médicaments n'ont pas augmenté l'efficacité inhibitrice par rapport à l'utilisation d'agents uniques.
Les chercheurs notent que le meilleur acide biliaire naturel testé, le G-UDCA, avait une activité inhibitrice nettement inférieure à celle des anticorps neutralisants de patients COVID-19 hyperimmunes récupérés, qui ont atteint une inhibition de près de 99%. Par conséquent, lorsque la charge virale est très élevée, les petites molécules peuvent être presque inutiles, mais pourraient peut-être aider à prévenir l'infection si une exposition très légère s'est produite.
La principale importance réside donc dans l'indication des orientations futures de la recherche, par lesquelles ces modes de liaison pourraient être optimisés par une meilleure compréhension de la structure stéroïdienne. Cela pourrait aider à développer plus d'interactions dans la poche 5, qui est la plus conservée parmi les souches virales actuellement en circulation.
Les enquêteurs disent: «Les deux poches que nous avons identifiées dans le noyau en feuilles β du Spike RBD semblent pouvoir être ciblées par des molécules stéroïdiennes et, surtout, nous avons constaté que les acides biliaires naturels et leurs métabolites chez l'homme semblent être capables de réduire la liaison de Spire RBD avec ACE2. Ensemble, ces résultats pourraient aider à définir de nouveaux traitements pour réduire la charge virale en utilisant des inhibiteurs d'entrée du SRAS-CoV-2. »
*Avis important
medRxiv 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.
