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Dans leur récent bioRxiv * papier, un groupe multinational de chercheurs a signalé l'isolement et la caractérisation rapides de nanocorps à partir d'une bibliothèque synthétique (connue sous le nom de sybodies) qui cible le domaine de liaison aux récepteurs (RBD) de la protéine de pointe du syndrome respiratoire aigu sévère coronavirus 2 (SARS-CoV-2) – avec une capacité de neutralisation remarquablement élevée.
L'agent causal de la maladie à coronavirus (COVID-19) qui, dans certains cas, conduit à une pneumonie atypique sévère chez l'homme, a été rapidement identifié comme un nouveau coronavirus et désigné comme SRAS-CoV-2.
La recherche fondamentale qui a suivi sa découverte a révélé que le SRAS-CoV-2 exploite le récepteur de l'enzyme de conversion de l'angiotensine 2 (ACE2) pour pénétrer dans les cellules hôtes, ce qui est principalement facilité par la protéine de pointe virale.
Les sous-unités de la protéine de pointe susmentionnée contiennent un domaine de liaison au récepteur (RBD) qui peut basculer entre une conformation « montante '' exposée et une conformation « descendante '', cette dernière étant inaccessible pour la liaison ACE2.
Virus SARS-CoV-2 se liant aux récepteurs ACE-2 sur une cellule humaine, stade initial de l'infection COVID-19, illustration 3D conceptuelle. Crédit d'image: Kateryna Kon / Shutterstock
Dans tous les cas, l'arrêt de cet événement obligatoire arrêterait l'infection; par conséquent, les anticorps neutralisants thérapeutiques constituent une approche pivot à court et moyen terme pour lutter contre la pandémie de COVID-19. Néanmoins, une approche traditionnelle de la production d'anticorps est entravée par une production coûteuse et des temps de développement prolongés.
Comme alternative, les nanocorps (c'est-à-dire les anticorps à domaine unique) peuvent également être utilisés à des fins de traitement, avec plusieurs avantages: leur petite taille, leur simplicité de production et leur stabilité accrue. Par conséquent, le développement de bibliothèques de sybodies permet une sélection rapide, bon marché et rigoureuse des liants contre les cibles thérapeutiques.
Dans cette étude, un groupe de recherche d'Allemagne, de Suède, d'Afrique du Sud et de Suisse a signalé la sélection, l'analyse biophysique et structurelle des sybodies pouvant être utilisés à des fins de traitement.
Sommaire
Tri dans une bibliothèque de sybodies
La sélection de Synbody sur RBD biotinylé (c'est-à-dire lorsque la biotine est attachée de manière covalente à une protéine) a été effectuée avec les trois bibliothèques de sybody (concave, boucle et convexe) en suivant les procédures établies. Dans ce projet, un total de 33 sybodies ont été dérivés du concave, 32 de la boucle et 20 de la bibliothèque convexe.
L'enrichissement des liants contre RBD a été étroitement observé par réaction de polymérisation en chaîne quantitative (qPCR). De plus, pour obtenir une compréhension approfondie de l'activité neutralisante des liants identifiés, les chercheurs ont effectué des tests d'interférométrie de bio-couche pour surveiller la liaison de l'ACE2 à la RBD immobilisée.
De plus, pour tester si les sybodies sélectionnés peuvent neutraliser efficacement le SRAS-CoV-2, ce groupe a effectué un essai de neutralisation avec des particules lentivirales pseudotypées avec la protéine de pointe SARS-CoV-2
Enfin, pour confirmer toutes les observations concernant les propriétés de neutralisation, un test de compétition dans des conditions d'équilibre a été développé afin d'évaluer la liaison du très puissant sybody 23 (Sb23) à la protéine de pointe. Cela a été fait en présence ou en l'absence d'ACE2 en utilisant la thermophorèse à micro-échelle.
Un puissant Sybody 23 choisi comme favori
Les chercheurs ont démontré que l'approche combinée utilisée dans cette étude représente un flux de travail rapide et viable pour sélectionner des liants ayant une activité neutralisante contre le SRAS-CoV-2, mais aussi d'autres virus émergents. Plus précisément, il a été démontré qu'ils pouvaient rivaliser avec la liaison à ACE-2 et neutraliser efficacement le pseudovirus à pointe SARS-CoV-2.
« En particulier, Sb23 se lie à la RBD recombinante ainsi qu'à la glycoprotéine de pointe de pré-fusion avec une affinité élevée et montre une activité de neutralisation très puissante », disent les auteurs de l'étude dans leur bioRxiv papier. « Un modèle de diffusion des rayons X aux petits angles d'un complexe RBD-Sb23 a indiqué que Sb23 se lie au voisinage du site de liaison ACE2 sur le RBD », ajoutent-ils.
Enfin, une structure de microscopie cryoélectronique de Sb23 lié à la pointe montre que Sb23 est situé dans le site de liaison ACE2 sur le RBD en conformation « haut '' et « bas '' – bloquant ainsi efficacement la liaison ACE2. De plus, la reconstruction en microscopie cryoélectronique a dévoilé une conformation complètement nouvelle de la pointe, où deux RBD sont dans la conformation de liaison ACE2 'up'.
Reconstruction cryogénique de la pointe du SRAS-CoV-2 liée au Sb23 – (a) Carte du potentiel de Coulomb affinée localement et modèle de dessin animé de Sb23 lié à la protéine de la pointe dans la conformation «2-up». (b) Carte de potentiel de Coulomb affinée localement et modèle de dessin animé de Sb23 lié à la protéine de pointe dans la conformation «1-up». (c) Modèle de dessin animé de Spike lié à Sb23 dans la conformation '2-up' (gauche) '1-up' (droite) montrant comment la liaison ACE2 est bloquée par Sb23 lié au RBD dans la conformation 'up' ainsi que Sb23 lié au RBD voisin dans la conformation descendante.
Des liants efficaces comme objectif thérapeutique potentiel
Les bibliothèques synthétiques sont en effet une approche alternative viable pour le développement rapide de médicaments, avec la promesse de générer rapidement des liants hautement spécifiques avec un potentiel de neutralisation adéquat. Cette recherche inventive en témoigne.
Aucun des sybodies uniques identifiés dans ce travail n'était identique entre deux sélections indépendantes utilisant les mêmes bibliothèques, soulignant, à son tour, la diversité accrue des trois bibliothèques, ainsi que leur potentiel pour choisir plusieurs liants de haute affinité différents.
De plus, une nouvelle conformation identifiée dans cette étude rend les épitopes précédemment non exposés accessibles pour le développement de liants thérapeutiques dans la cavité centrale de la pointe, qui comprend la partie inférieure de la RBD et potentiellement aussi la région hélicoïdale centrale de la protéine de pointe.
En conclusion, la pandémie de COVID-19 nous a ouvert les yeux sur la manière dont des souches virales jusque-là inconnues peuvent rapidement émerger et se propager à travers les continents, causant des pertes importantes en très peu de temps. Par conséquent, la possibilité de développer rapidement un traitement contre de telles nouvelles souches virales devrait être encouragée pour l'avenir.
*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.
