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Des chercheurs de l'Université de Sheffield ont développé un nouveau test qui peut être utilisé pour évaluer l'attachement des virus aux cellules hôtes et pour tester les inhibiteurs potentiels de l'infection virale.
À l'aide du test, l'équipe a pu démontrer la liaison de la protéine de pointe du coronavirus du syndrome respiratoire aigu sévère 2 (SARS-CoV-2) aux cellules humaines exprimant l'enzyme de conversion de l'angiotensine 2 (ACE2).
La protéine de pointe est la principale structure que le SARS-CoV-2 utilise pour se lier aux récepteurs ACE2 exprimés sur les cellules cibles, avant de les infecter et potentiellement provoquer la maladie du coronavirus 2019 (COVID-19).
Virus SARS-CoV-2 se liant aux récepteurs ACE-2 sur une cellule humaine, le stade initial de l'infection par COVID-19. Crédit d'illustration: Kateryna Kon / Shutterstock
Les chercheurs ont également découvert que l'incubation des cellules avec de l'héparine non fractionnée, empêchait la liaison de la protéine de pointe à eux.
Une version pré-imprimée du document est accessible sur le serveur bioRxiv*, tandis que le document fait l'objet d'un examen par les pairs.
Sommaire
Mécanisme d'infection par le SRAS-CoV-2
Lors de la liaison à ACE2, la protéine de pointe subit un clivage protéolytique des cellules hôtes en deux sous-unités: S1, qui contient le domaine de liaison aux récepteurs (RBD) et S2, qui permet la fusion avec la membrane des cellules hôtes et l'entrée virale.
« Une sérine protéase hôte de surface cellulaire, TMPRSS2 (sérine protéinase transmembranaire 2), serait également impliquée dans l'entrée virale et il est proposé de cliver S1 et S2, conduisant à l'activation de la machinerie de fusion », écrivent Peter Monk et ses collègues.
Le nouveau test utilise des cellules qui expriment à la fois ACE2 et TMPRSS2
Pour étudier la liaison du SARS-CoV-2 aux cellules hôtes, l'équipe a développé un nouveau test utilisant la lignée cellulaire de carcinome transitionnel de la vessie RT4, qui exprime à la fois ACE2 et TMPRSS2.
Ils ont découvert qu'une forme recombinante intacte de la protéine de pointe virale contenant à la fois S1 et S2 (S1S2), mais pas le domaine S1 seul, se lie fortement aux cellules RT4 d'une manière dépendante de la température.
L'activité de liaison a fortement augmenté à 37 ° C, ce qui suggère qu'un clivage protéolytique était susceptible d'être impliqué, explique l'équipe.
Existe-t-il d'autres mécanismes d'entrée virale?
Monk et ses collègues disent que la plupart des types de cellules n'expriment que des niveaux assez faibles d'ACE2, ce qui suggère que la protéine de pointe pourrait également interagir avec d'autres sites récepteurs pour obtenir une entrée virale.
Certains virus tels que l'herpès simplex sont déjà connus pour se lier aux glycosaminoglycanes hôtes appelés sulfates d'héparane, explique l'équipe.
En outre, une étude menée par un groupe a suggéré que l'héparine glycosaminoglycane soluble peut inhiber l'entrée du SRAS CoV-2 dans les cellules «Vero» – une lignée cellulaire dérivée de l'épithélium rénal de singe.
« Ces auteurs ont également montré que l'héparine pouvait interagir avec le RBD S1 recombinant et provoquer des changements conformationnels, ce qui suggère que le SARS-CoV-2 pourrait utiliser des sulfates d'héparane hôtes comme site d'attachement supplémentaire pendant l'infection », écrivent les chercheurs.
L'héparine non fractionnée a complètement arrêté la liaison
Étant donné que le nouveau test semblait déjà imiter certaines caractéristiques de l'infection par le SRAS-CoV-2, les chercheurs l'ont utilisé pour tester les effets de l'incubation des cellules RT4 avec de l'héparine à 37 ° C.
L'équipe rapporte que l'héparine non fractionnée (UFH) a complètement inhibé la liaison de S1S2 aux cellules RT4.
Le traitement des cellules avec deux héparines de bas poids moléculaire (HBPM) qui sont déjà en usage clinique a également inhibé la liaison, mais seulement partiellement et pas aussi fortement.
«Cela suggère que l'héparine, en particulier les formes non fractionnées, pourrait être envisagée pour réduire les manifestations cliniques de COVID-19 en inhibant l'infection virale continue», écrivent Monk et son équipe.
La protéine de pointe pourrait-elle également lier le sulfate d'héparane de la cellule hôte?
Les auteurs disent que l'interaction qu'ils ont observée entre l'héparine et la protéine de pointe suggère qu'elle pourrait également se lier au sulfate d'héparane de la cellule hôte.
Pour tester cette hypothèse, ils ont traité les cellules RT4 avec un mélange d'héparinase I et III, des enzymes qui dégradent les molécules de sulfate d'héparane, avant de tester la liaison de S1S2.
Le traitement n'a entraîné aucune réduction significative de la liaison des cellules RT4, ce qui suggère que les sulfates d'héparane ne jouent aucun rôle significatif dans la fixation de la protéine de pointe SARS-CoV-2 aux cellules hôtes:
« Bien que nos données soutiennent l'activité inhibitrice de l'UFH, elles ne soutiennent pas la conjecture que les sulfates d'héparane sont essentiels pour l'infection virale », écrit l'équipe.
Quelles sont les implications de l'étude?
Les chercheurs affirment que les HBPM, qui ont déjà été utilisées pour traiter les patients atteints de COVID-19 et dont il a été démontré qu'ils améliorent les résultats, sont beaucoup plus petits que l'UFH et ont une pharmacocinétique plus facile à prévoir.
Monk et ses collègues pensent que leurs travaux suggèrent qu'une utilisation précoce de l'héparine devrait être envisagée lorsqu'une infection virale est toujours un facteur important pour influencer la gravité de la maladie.
« L'utilisation d'UFH plutôt que de HBPM devrait également être envisagée, bien que nous notions que l'administration et le profil de sécurité d'UFH pourraient empêcher cela dans certains cas », ajoutent-ils.
Enfin, les chercheurs affirment que leur nouveau test de cytométrie en flux pour évaluer la liaison de la protéine de pointe SARS-CoV-2 aux cellules hôtes corrobore une découverte antérieure selon laquelle l'héparine peut inhiber l'attachement viral aux cellules épithéliales du rein de singe.
«Notre nouveau test pourrait être un premier écran utile pour de nouveaux inhibiteurs de l'infection à coronavirus», 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 traités comme des informations établies.
