Des chercheurs de Ligandal Inc., de l'Université de Californie à San Francisco et du Toyota Technological Institute de Chicago ont conçu de nouveaux peptides synthétiques qui inhibent puissamment la capacité du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2) à infecter les cellules hôtes.
Les peptides SARS-BLOCK ™ de l’équipe inhibent de manière compétitive le domaine de liaison au récepteur (RBD) sur la protéine de pointe SARS-CoV-2 – la structure de surface qui lie le récepteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2) de la cellule hôte, pour obtenir une entrée virale.
Outre le blocage de cette voie d'entrée virale, les peptides sont également conçus pour se lier aux anticorps neutralisants générés contre le SRAS-CoV-2 suite à une infection, dans le but d'induire une réponse anticorps neutralisante spécifique.
«Contrairement aux thérapies par anticorps neutralisants et à d'autres approches qui visent à cibler le virus, nous avons développé une technologie de peptide leurre de virus biomimétique qui entrerait en compétition pour la liaison virale aux cellules et exposerait le virus à la liaison à des anticorps neutralisants», écrit le Dr Andre Watson et collègues.
Les chercheurs disent avoir également découvert que l'ACE2 empêche la liaison de la RBD aux anticorps neutralisants et que les peptides SARS-BLOCK ™ peuvent inverser ce mécanisme immuno-évasif du virus.
Une version pré-imprimée du papier est disponible sur le serveur bioRxiv *, tandis que l'article fait l'objet d'un examen par les pairs.
Sommaire
Les défis rencontrés dans le développement de traitements
Depuis le début de l'épidémie de COVID-19 à Wuhan, en Chine, à la fin de l'année dernière, le SRAS-CoV-2 s'est propagé à un rythme sans précédent et a maintenant infecté environ 19,73 millions de personnes et causé plus de 728000 décès dans le monde.
Les effets à long terme sur la santé de l'infection par le SRAS-CoV-2 ne sont pas encore connus, mais on pense qu'ils impliquent des issues allant des voies respiratoires, neurologiques et vasculaires aux reins, respiratoires et même auto-immunes.
Bien que divers vaccins soient à différents stades de développement, les réponses immunitaires à long terme à la vaccination et à l'infection restent incertaines, et l'approche alternative de «l'immunité collective» compromettrait considérablement la santé mondiale et représenterait une charge importante en termes de santé associée à long terme problèmes.
Une approche thérapeutique potentielle est l'administration d'anticorps neutralisants comme moyen d'arrêter la progression de la maladie, mais la nature transitoire de cette thérapie laisse le patient vulnérable à une réinfection.
«Une stratégie thérapeutique idéale doit prendre en compte la cause première de l'infection, plutôt que de tenter de traiter des symptômes spécifiques en aval, étant donné les effets mesurables de diverses parties du virus sur des cascades étendues et spécifiques de systèmes physiologiques, intracellulaires et biologiques», a déclaré Watson et son équipe.
Imiter la RBD de la protéine de pointe virale
Les chercheurs ont utilisé des techniques informatiques pour concevoir, simuler et synthétiser des peptides modèles qui imitent le pic de SARS-CoV-2 RBD pour ACE2 et présentent des motifs de liaison d'anticorps neutralisants.
Ensuite, l'équipe a effectué des tests de liaison et d'association compétitive et a infecté des cellules exprimant ACE2 avec des lentivirions pseudotypés affichant la protéine de pointe SARS-CoV-2.
Après avoir modélisé les principaux motifs d'interaction de la protéine de pointe et de sa RBD, l'équipe a pu concevoir et synthétiser des peptides SARS-BLOCK ™ qui ont inhibé de manière puissante et compétitive la liaison de l'ACE2 à la RBD, ce qui a réduit l'infection cellulaire de 95 à 100%, sans provoquer de toxicité.
En plus de prévenir cette liaison RBD-ACE2, les peptides se sont liés à des anticorps neutralisants avec une affinité micromolaire, explique l'équipe.
Les peptides simulés via RaptorX ont été alignés avec l'interface de liaison SARS-CoV-2 de ACE2 (ACE2 en rouge, avec les interfaces de liaison prédites par PDBePISA en vert). De gauche à droite (en haut) sont représentés les peptides SARS-BLOCK ™ 1 (a), 4 (b), 5 (c) et 6 (d) liés à ACE2. Il est à noter que tous les peptides présentaient deux mutations introduisant une liaison disulfure pour recréer la structure en feuillet bêta du motif de liaison au récepteur SARS-CoV-2 (RBM). Sinon, les peptides 1 et 4 ont utilisé la séquence de type sauvage, tandis que le peptide 5 a utilisé les épitopes MHC-I et MHC-II, et le peptide 6 a utilisé un linker GSGSG (blanc) dans l'une de ses régions de boucle d'interfaçage non ACE2. Les peptides 4, 5 et 6 ont présenté des modifications exclusives supplémentaires à leurs séquences pour faciliter le repliement approprié, tandis que le peptide 1 n'a pas cette modification. En tenant compte des 9 états pliés possibles générés pour chaque peptide, nous avons utilisé les commandes d'alignement PyMOL qui prennent en compte les multiples conformations potentielles de chaque peptide et peuvent servir de base à de futures études explorant des approches de dynamique moléculaire plus avancées pour détendre et simuler les interactions intramoléculaires à l'interface de liaison (e). En substance, la superposition de nombreux états pliés possibles représente un nuage de distribution d'électrons d'états possibles qui peuvent être simulés pour l'énergie libre interfaciale minimale de liaison, et cette approche nécessite beaucoup moins de ressources de calcul que ce qui est généralement requis pour la modélisation des poches de liaison de peptides de novo ou des interfaces protéine-protéine sans structures interfaciales existantes.
ACE2 a arrêté le pic d'être reconnu par le système immunitaire
Les chercheurs ont également découvert que l'ACE2 soluble bloque la liaison des anticorps neutralisants en formant un «manteau immunitaire» sur le pic RBD, empêchant ainsi le RBD d'être reconnu par le système immunitaire adaptatif.
Les chercheurs ont découvert que le pic RBD se liait à ACE2 avec une affinité d'environ 2,3 nM et que ACE2 pouvait arrêter une liaison d'anticorps neutralisant avec le RBD qui aurait autrement une liaison avec une affinité d'environ 6 nM.
Ensuite, l'équipe a montré que les peptides SARS-BLOCK ™ étaient capables de «dévoiler» le mécanisme d'enrobage viral ACE2, inversant ainsi cette propriété immuno-évasive et stimulant une réponse immunitaire en permettant la liaison d'anticorps neutralisants à la surface virale.
«Contrairement aux thérapies par anticorps neutralisants et à d'autres approches qui visent à cibler le virus, nous avons développé une technologie de peptide leurre de virus biomimétique qui entrerait en compétition pour la liaison virale aux cellules et exposerait le virus à la liaison à des anticorps neutralisants», écrit l'équipe.
Les peptides pourraient fournir une nouvelle génération d'antiviraux pouvant être produits rapidement
Les chercheurs affirment que la nature synthétique, le criblage in silico et la conformation précise des peptides permettent leur production rapide, sans les limitations associées aux autres approches antivirales ou vaccinales.
L'équipe affirme que les peptides SARS-BLOCK ™ sont un antidote COVID-19 prometteur qui fournit efficacement une nouvelle génération de thérapies antivirales prophylactiques et réactives.
«Parce que SARS-BLOCK ™ imite le virus, plutôt que de s'y lier, et également en raison de sa capacité à déplacer ACE2 de la dissimulation de la protéine de pointe du virus, nous pensons que ces peptides multifonctionnels s'avéreront être une stratégie efficace de renforcement immunitaire chez les patients infectés. , avec un potentiel supplémentaire pour servir de vaccin prophylactique », conclut l'équipe.
*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 être traités comme des informations établies.
