Les chercheurs ont établi depuis longtemps que la liaison du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2) à l'enzyme de conversion de l'angiotensine 2 (ACE2) est essentielle pour que le virus pénètre dans la cellule hôte et l'infecte. Une nouvelle étude publiée dans la revue réputée Science en octobre 2020 rapporte la valeur thérapeutique potentielle du deuxième type de récepteur transmembranaire hôte, appelé neuropilines, qui se fixe à la protéine de pointe du SRAS-CoV-2 et peut améliorer son infectivité.
Dans cette étude révolutionnaire, les groupes de recherche de la Faculté des sciences de la vie de Bristol, le professeur Peter Cullen de la School of Biochemistry; Dr Yohei Yamauchi, professeur agrégé et virologue de l'École de médecine cellulaire et moléculaire.
Le Dr Boris Simonetti, chercheur principal au laboratoire Cullen, a utilisé plusieurs approches pour découvrir que le SRAS-CoV-2 reconnaît une protéine appelée neuropiline-1 à la surface des cellules humaines pour faciliter l'infection virale.
Yohei, Boris et Pete ont expliqué: « En examinant la séquence de la protéine SARS-CoV-2 Spike, nous avons été frappés par la présence d'une petite séquence d'acides aminés qui semblait imiter une séquence protéique trouvée dans les protéines humaines qui interagissent avec neuropiline-1.
Cela nous a conduit à proposer une hypothèse simple: la protéine Spike du SRAS-CoV-2 pourrait-elle s'associer à la neuropiline-1 pour favoriser l'infection virale des cellules humaines? Fait intéressant, en appliquant une gamme d'approches structurelles et biochimiques, nous avons pu établir que la protéine Spike du SRAS-CoV-2 se lie effectivement à la neuropiline-1.
«Une fois que nous avons établi que la protéine Spike se liait à la neuropiline-1, nous avons pu montrer que l'interaction sert à renforcer l'invasion SARS-CoV-2 des cellules humaines cultivées en culture cellulaire.
Sommaire
Le site de clivage des pointes
La pandémie de COVID-19 a causé un nombre immense de cas, au nombre de plus de 42,9 millions, avec bien plus d'un million de décès à ce jour dans le monde. L'agent viral, SARS-CoV-2, pénètre dans la cellule hôte via sa protéine de pointe se liant au récepteur ACE2 sur la cellule. La protéine de pointe comprend deux sous-unités, S1 et S2, et a un site de clivage de la furine polybasique à l'interface des deux. Cela permet à une proprotéine convertase, ou furine, de la cellule hôte de cliver la pointe une fois qu'elle a engagé le récepteur.
Les sous-unités S1 et S2 sont toujours associées de manière non covalente, et le S2 semble être davantage amorcé par la sérine protéase TMPRSS2. Le clivage par la furine de la protéine de pointe conduit à une infectivité virale accrue. L'inhibition de la furine, ou la suppression du site RRAR polybasique, réduit l'entrée virale.
Le facteur neuropiline
La sous-unité S1 a une séquence d'acides aminés C-terminale qui suit la règle de l'extrémité C (CendR). Les peptides de ce type se fixent à la Neuropiline-1 (NRP1) et à la NRP2, ces récepteurs étant des récepteurs transmembranaires qui affectent de nombreux processus divers du corps. L'étude actuelle visait à explorer le lien entre ces deux éléments.
Les chercheurs ont utilisé une construction S1 marquée à la GFP exprimée dans des cellules ACE2 positives en culture. Ils ont découvert que la protéine S1 était liée à la fois à ACE2 et NRP-1 dans les cellules GFP-S1 mais pas aux cellules GFP-S1 ARRAR, qui avaient une délétion du site de clivage de la furine. Une liaison de S1 à un degré similaire a également été observée avec NRP2. Une certaine liaison a également été observée au mutant de délétion, montrant que les neuropilines interagissent avec le S1 indépendamment des résidus CendR.
L'absence de NRP1 réduit l'infectivité
Dans les cellules dépourvues de NRP1 mais exprimant ACE2, la provocation par le virus entier s'est avérée entraîner des niveaux inférieurs d'infection. Les cellules dépourvues des deux n'étaient pas du tout infectées. Dans un autre test cellulaire, le traitement avec le shRNA suppresseur qui a empêché l'expression de NRP1 a à nouveau réduit le niveau d'infection du virus. L'absence de cette protéine permet toujours au virus de se lier à la surface cellulaire, mais son internalisation est réduite de moitié. Ainsi, NRP1 s'avère vitale pour l'entrée du virus et son infection de la cellule. Leurs résultats ont également soutenu l'existence d'un mécanisme indépendant de CendR d'infection accrue médiée par NRP1.
L'infection par le SRAS-CoV-2 était nettement plus importante dans les cellules positives pour le NRP, mais en présence de la mutation T316R, aucune augmentation n'a été observée, indiquant que ce changement a réduit l'association de NRP1 avec la sous-unité S1. Ils ont découvert que les anticorps monoclonaux ciblant la protéine NRP1 se liaient à la poche de liaison à CendR exprimée sur la cellule, avec une spécificité élevée, et réduisaient la capacité du SARS-CoV-2 à infecter la cellule. L'incubation avec de l'ACE2 soluble a également empêché l'infection par le SRAS-CoV-2, indiquant la validité de la découverte précédente.
L'utilisation d'un inhibiteur de petite molécule de NRP1 EG00229 a également montré qu'il pouvait effectivement inhiber la liaison S1-NRP1 en se liant à la poche de liaison b1 CendR du NRP1. Ainsi, cela présente une cible thérapeutique pour réduire l'infectivité du virus dans les cellules humaines.
Comment les neuropilines augmentent l'infectivité virale
L'entrée virale est précédée par l'amorçage des pics par les protéases de l'hôte. La séquence CendR produite par le clivage de la protéine de pointe à l'interface S1 / S2 se lie aux neuropilines à la surface cellulaire. Ce n'est pas essentiel pour l'attachement viral à la surface cellulaire, mais cela améliore l'entrée virale et l'infection cellulaire.
Les chercheurs ne savent pas comment les neuropilines provoquent une augmentation des niveaux d'infection virale. Cependant, ils postulent que cela peut être dû à la capacité connue des neuropilines à médier la macropinocytose, où la cellule engloutit une grande poche de la membrane cellulaire et les molécules et particules attachées permettant l'entrée de molécules liées à CendR dans la cellule.
On sait que la NRP1 et la NRP2 sont régulées à la hausse dans les échantillons de tissus pulmonaires de patients atteints de COVID-19. Par conséquent, la liaison de NRP1 au motif S1-CendR peut être une des raisons pour lesquelles SARS-CoV-2 est plus infectieux que SARS-CoV. Cela pourrait être ciblé dans les futurs traitements de cette maladie.
