Dans une récente étude publiée dans la revue PNASdes chercheurs finlandais et américains ont signalé un nouveau peptide heptad repeat 2 (HR2) qui inhibe le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2) sans aucune modification chimique.
Étude : Inhibition nanomolaire de l’infection par le SRAS-CoV-2 par un peptide non modifié ciblant l’intermédiaire en épingle à cheveux de la protéine de pointe. Crédit d’image : Kateryna Kon/Shutterstock
Sommaire
Arrière plan
Le SRAS-CoV-2 évolue en permanence avec toutes ses variantes préoccupantes (COV) hébergeant des mutations dans le domaine de liaison au récepteur (RBD) de sa glycoprotéine de pointe (S), rendant tous les vaccins contre la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) et les anticorps monoclonaux ( mAb) thérapies inefficaces.
Il existe un besoin urgent d’antiviraux plus efficaces contre le SARS-CoV-2, en particulier ceux qui ciblent les structures et sont traités moins vulnérables à la mutation (par exemple, heptad repeat 1 and 2 (HR1-HR2) six-helix bundle of the SARS-CoV-2 S).
Auparavant, les chercheurs ont utilisé plusieurs approches d’ingénierie structurelle pour fabriquer des inhibiteurs à base de HR2 plus efficaces basés sur 36 segments d’acides aminés des résidus SARS-CoV-2 S 1168–1203.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont découvert qu’un peptide SARS-CoV-2 HR2 non modifié couvrant les résidus S 1162-1203 appelé longHR2_42 avait des propriétés inhibitrices du SARS-CoV-2 bien améliorées par rapport à toutes les tentatives précédentes. Ils ont caractérisé le faisceau HR1-HR2 à l’aide d’une méthode d’échafaudage moléculaire pour déterminer sa structure de cryo-microscopie électronique à haute résolution (cryo-EM) du longHR2_45 lié à HR1.
Ensuite, ils ont conçu un peptide HR2 étendu avec une région N-terminale plus longue couvrant les résidus d’acides aminés 1159-1179 en utilisant Coot qui a atteint l’inhibition du SARS-CoV-2 dans la gamme nanomolaire (nM). Ils ont affiné la structure dans Rosetta en utilisant le protocole de raffinement de structure automatisé. De même, ils ont évalué la formation du complexe HR1-HR2 en utilisant la fluorescence intrinsèque sur une électrophorèse sur gel clair de polyacrylamide natif (CN-PAGE).
Les chercheurs ont développé deux tests pour détecter la formation de complexes entre les variants HR2 et HR1 et un test de fusion cellule-cellule pour tester les effets de l’extension N-terminale de HR2 sur l’inhibition de la fonction de fusion membranaire du SARS-CoV-2 S.
Le premier test a utilisé la surface cellulaire de Escherichia coli pour afficher les peptides HR2 sur un échafaudage de protéine OmpX permuté circulairement amélioré (eCPX). Ensuite, les chercheurs ont incubé ces cellules avec une HR1 marquée par la protéine fluorescente verte (GFP) et des cellules GFP-positives exprimant des peptides HR2 qui se sont liés à HR1, qu’ils ont sélectionnés à l’aide du tri des cellules activées par fluorescence (FAC). Le deuxième test a utilisé l’affichage de l’acide ribonucléique messager (ARNm) pour détecter la formation du complexe HR2-HR1.
Résultats de l’étude
Le nouveau peptide HR2 étendu N-terminal développé dans la présente étude a montré une inhibition environ 100 fois plus puissante de toutes les variantes majeures du SRAS-CoV-2, avec une concentration inhibitrice demi-maximale (IC50) valeur d’environ 1 nM telle qu’évaluée par un test de fusion cellulaire. Notamment, il avait une activité inhibitrice ∼ 10 fois plus faible contre la variante Omicron. Trois mutations dans la région HR1 d’Omicron – Q954H, N969K et L981F, toutes imbriquées dans la région entre HR1 et l’extension N-terminale de HR2, ont expliqué une activité d’inhibition plus faible de longHR2_42.
Schéma de l’infection et de l’inhibition du SRAS-CoV-2 par les peptides HR2. (I) Le SRAS-CoV-2 se lie au récepteur de la cellule hôte ACE2 par une interaction avec le domaine S1 de la protéine S. (II) Après clivage par les protéases de la cellule hôte, le domaine S1 est libéré et le domaine S2 de la protéine S s’étend dans la membrane de la cellule hôte. (III) Déclenché par un pH légèrement acide, le domaine S2 se replie en tirant la membrane virale et de la cellule hôte à proximité, et (IV) le repliement des domaines HR1 et HR2 catalyse la fusion de la membrane virale avec la membrane de la cellule hôte. (V) En présence de l’inhibiteur longHR2_42, la protéine S engage le récepteur de la cellule hôte de la même manière où (VI) après clivage, l’inhibiteur longHR2_42 se lie au domaine HR1 qui (VII) empêche le repliement des domaines HR1 et HR2 ensemble et bloque la fusion membranaire. Dans ce modèle, seul un sous-ensemble des sites de liaison potentiels pour l’inhibiteur doit être occupé afin de bloquer la fusion.
Contre le Delta VOC, IC50 les valeurs ont varié près de cinq fois entre le test d’infection VSV-SARS-CoV-2 et les tests d’infection SARS-CoV-2 authentiques.
En outre, les chercheurs ont noté que longHR2_42 n’a pas montré d’augmentation correspondante de l’affinité apparente pour HR1 dans les trois tests de liaison décrits dans l’étude. Il y a deux explications possibles pour la même chose. Premièrement, ces tests n’étaient pas suffisamment sensibles pour détecter de légers changements d’affinité. Cependant, il est plus probable que d’autres facteurs aient affecté l’efficacité anti-SARS-CoV-2 des peptides dérivés de HR2.
L’imagerie virale unique a révélé que neuf à 12 protéines S sont nécessaires à la fusion du SRAS-CoV-2 avec les récepteurs des cellules hôtes ; par conséquent, une seule protéine inhibitrice pourrait empêcher la fusion. En outre, le clivage de la protéine S nécessite la sérine 2 de la protéase transmembranaire (TMPRSS2) ou la cathepsine. Puisque les chercheurs ont ajouté l’inhibiteur de la dynamine dynasore-OH pour inhiber la cathepsine dans les expériences de lavage, il a établi un intermédiaire en épingle à cheveux de SARS-CoV-2 S pour la liaison peptidique. Ainsi, en l’absence de TMPRSS2, le virus et le peptide avaient une faible association, limitant ainsi la durée de vie de l’inhibition à seulement 15 à 20 minutes. Néanmoins, l’affinité accrue observée de longHR2_42 était indépendante des protéases de la cellule hôte nécessaires au clivage de S.
conclusion
La région hélicoïdale HR2 du SARS-CoV-2 S a montré le potentiel d’être une source de puissants traitements anti-SARS-CoV-2 dérivés de peptides qui agiraient contre ses COV et des virus plus éloignés. De plus, le peptide longHR2_42 avait une longue durée de vie d’inhibition (supérieure à trois heures) malgré le lessivage dans les tests d’infection virale, ce qui suggère qu’il ciblait un intermédiaire pré-épingle à cheveux de la protéine SARS-CoV-2 S. En effet, les données de l’étude ont fourni un soutien supplémentaire à l’intermédiaire pré-épingle à cheveux de la glycoprotéine SARS-CoV-2 S.
Selon les auteurs, l’extension de la séquence peptidique longHR2_42 pourrait renforcer sa puissance. De plus, son optimisation de séquence pourrait encore améliorer son activité et fournir une plate-forme pour développer d’autres nouveaux peptides spécifiques à la variante SARS-CoV-2.
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