La pandémie actuelle de COVID-19 nécessitera des stratégies antivirales efficaces, car il est peu probable que la propagation du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) soit complètement contrée par des interventions non pharmacologiques.
À l'heure actuelle, de nombreux chercheurs envisagent de développer des vaccins qui génèrent une réponse anticorps neutralisante, ciblant principalement le domaine de liaison au récepteur (RBD) sur la protéine de pointe du virus SARS-CoV-2. Il s'agit de la protéine d'entrée du virus dans la cellule hôte humaine, qui attache le virus au récepteur de l'enzyme de conversion de l'angiotensine (ACE) 2 humaine. Cette fixation déclenche une nouvelle fusion de la membrane cellulaire virale-hôte, une endocytose, puis un clivage de la protéine de pointe pour permettre au virus de s'échapper de l'endosome et d'entrer dans le cytoplasme de la cellule hôte, pour initier la réplication et l'infection.
Sommaire
Un épitope hautement conservé
Le SARS-CoV-1 et le SARS-CoV-2 sont tous deux membres du même arbre phylogénétique, avec 73% de séquences d'acides aminés identiques dans la région RBD mais 90% dans le domaine de fusion S2. Cependant, des recherches antérieures ont montré que le SRAS-CoV-2 RBD porte un épitope hautement conservé, découvert à partir de l'étude de CR3022, un anticorps qui neutralise le SRAS-CoV-1, et a été isolé pour la première fois il y a 15 ans.
Anticorps à réaction croisée
Les anticorps à réaction croisée contre le SRAS-CoV et le SRAS-CoV-2 sont rares, seuls trois ayant été caractérisés structurellement jusqu'à présent. Ces anticorps doivent être bien compris pour concevoir de meilleurs vaccins et médicaments qui protègent non seulement contre le virus actuel mais aussi contre des virus émergents similaires à l'avenir.
L'un de ces anticorps à réaction croisée est COVA1-16, récupéré chez un patient convalescent COVID-19. Il neutralise les deux virus à des concentrations micromolaires, mais la concentration neutralisante nécessaire pour le SRAS-CoV est 20 fois plus élevée que pour le virus actuel. COVA1-16 a plusieurs chaînes lourdes et légères et une longue région de détermination de la complémentarité 66 (CDR) H3 de 20 acides aminés.
Comparaison du mode de liaison COVA1-16 avec CR3022 et ACE2. (A) Structure cristalline du complexe COVA1-16 / RBD avec RBD en gris et COVA1-16 Fab en cyan (chaîne lourde) et bleu grisâtre (chaîne légère). (B) site de liaison ACE2 (PDB 6M0J, à gauche) (10), l'épitope COVA1-16 (cette étude, au milieu) et l'épitope CR3022 (PDB 6W41, à droite) (13) sont surlignés en jaune. (C) Les résidus RBD dans l'épitope COVA1-16 sont présentés. Les résidus d'épitope en contact avec la chaîne lourde sont en orange et la chaîne légère en jaune. Les résidus d'épitope représentatifs sont marqués. Les résidus qui font également partie de l'épitope CR3022 sont indiqués par des astérisques. (D) La structure complexe ACE2 / RBD est alignée dans la même orientation que le complexe COVA1-16 / RBD. COVA1-16 (cyan) entrerait en conflit avec ACE2 (vert) s'ils s'approchaient de leurs sites de liaison RBD respectifs en même temps (indiqué par un cercle rouge).
Structure cristalline de COVA1-16
Dans une nouvelle étude publiée sur le serveur de pré-impression bioRxiv * les chercheurs ont caractérisé la structure cristalline du complexe RBD anticorps-SRAS-CoV-2 dans une tentative de trouver l'épitope et le mécanisme qui permet la neutralisation croisée. Cette étude a montré un chevauchement important entre les épitopes liant cet anticorps et CR3022, à 17/25 et 17/28 résidus d'acides aminés. Cependant, le premier est plus étendu, avec une région vers la frontière du site de liaison pour ACE2.
Empêchement stérique vs épitopes qui se chevauchent
Cela signifie que COVA1-16 peut se lier de manière compétitive à la RBD avec CR3022 et également avec ACE2, de manière surprenante, malgré que son épitope se trouve à l'extérieur du site de liaison ACE2. Il est également quelque peu similaire à un autre anticorps neutralisant croisé ADI-56046 qui se lie également à une région chevauchant à la fois l'épitope CR3022 et le site de liaison ACE2.
Les chercheurs concluent que «COVA1-16 inhibe la liaison de l'ACE2 81 en raison d'un encombrement stérique avec sa chaîne légère plutôt que par une interaction directe avec le site de liaison du récepteur 82».
Comme cela est bien connu, le RBD a des conformations à la fois vers le haut et vers le bas, seul le premier étant sensible à la liaison ACE2. Cependant, des anticorps neutralisants croisés identifiés plus tôt pourraient se lier aux deux conformations. L'anticorps actuel COVA-1-16 est différent en ce qu'il ne peut se lier que dans la conformation ascendante, étant entièrement caché comme CR3022 dans la conformation descendante. Cependant, l'épitope de liaison pour COVA1-16 est partiellement caché même lorsque le RBD est dans la conformation ascendante à moins que la protéine S ne soit liée à un ligand.
Se lie à diverses orientations
Cela a incité les chercheurs à approfondir, trouvant que l'anticorps est très flexible, capable de se lier à la RBD à plusieurs orientations, telles que perpendiculairement au sommet de la protéine trimère de pointe ou de manière plus inclinée sur le côté de la RBD. Il est également tout à fait possible que l'anticorps attache deux RBD simultanément puisqu'il s'agit d'une molécule bivalente. Ceci est corroboré par le fait que la force de liaison est 40 fois supérieure pour la forme IgG de COVA1-16 par rapport à la forme Fab, mais a diminué lorsque la quantité de RBD a été réduite, indiquant qu'une liaison bivalente pourrait se produire.
L'importance de la bivalence
La bivalence est également importante pour la capacité de neutralisation de cet anticorps puisque la CI50 mesurée (la concentration à laquelle l'inhibition est la moitié du maximum) pour COVA1-16 est similaire à celle mesurée dans des études antérieures utilisant le pseudovirus SARS-CoV-2. Cependant, la forme Fab ne montre pas de neutralisation à des concentrations 100 fois plus élevées. Fait intéressant, cet anticorps ne parvient pas à montrer un pouvoir neutralisant similaire pour le virus réel, peut-être en raison de l'expression plus faible de S sur le virus par rapport au pseudovirus, ou en raison de différences dans le nombre et la conformation des protéines S sur le virus. Cet aspect doit être étudié plus avant.
COVA1-16 Liaison à RBD
La chaîne lourde est responsable de la majeure partie de la liaison de l’anticorps à la RBD virale, représentant plus de 80% de la superficie totale enfouie. En fait, la CDR H3 représente 70% de cette zone et participe à la plupart des interactions anticorps-épitope. Les chercheurs ont étudié la structure de cette région, trouvant 5 liaisons hydrogène, quatre dans la chaîne principale et une dans la chaîne latérale. Quatre d'entre eux interagissent avec la chaîne principale du RBD et deux avec la chaîne latérale. Il existe également quatre autres liaisons hydrogène formées entre les chaînes latérales CDR H3 et RBD. La visualisation structurelle a montré que la structure non ligandée de l'anticorps avait une région distale non résolue indiquant qu'il s'agissait d'une région flexible.
Interaction entre SARS-CoV-2 RBD et anticorps structurellement caractérisés. La liaison d'anticorps ciblant la RBD SARS-CoV-2 connus à la RBD est comparée. Le site de liaison ACE2 chevauche les épitopes de B38 (PDB 7BZ5), C105 (6XCM), CB6 (7C01), CC12.1 (6XC3), CC12.3 (6XC4), BD23 (7BYR) (7) et P2B- 2F6 (7BWJ), mais pas les épitopes de COVA1-16 (cette étude), CR3022 (PDB 6W41), COVA2-04, COVA2-39) et S309 (PDB 6WPS). À noter, alors que le CR3022 ne neutralise que le SARS-CoV mais pas le SARS-CoV-2 dans des tests in vitro, une étude récente a isolé un anticorps (EY6A) qui se lie à un épitope similaire au CR3022 et neutralise de manière croisée le SRAS-CoV-2 et le SRAS -CoV.
L'importance de cette étude
D'autres virus ont également montré des anticorps qui utilisent la CDR H3 pour se lier à des agents pathogènes, tels que les anticorps anti-VIH PG9 et PG16 et l'anticorps anti-grippal C05. Ainsi, COVA1-16 pourrait aider à concevoir de nouvelles thérapies.
La nature hautement conservée de l'épitope auquel se lie COVA1-16 peut s'expliquer par le mélange de forces électrostatiques, à la fois attractives et répulsives, qui rendent la protéine métastable. Ceci est essentiel pour permettre au RBD de basculer de haut en bas dans l'état de préfusion et la régulation globale de la dynamique du RBD. En d'autres termes, le contrôle de la fonction biologique de la protéine de préfusion S à la fois pour la liaison au récepteur et la fusion dépend de cette structure d'épitope. De plus, il est de forme complémentaire, convenant aux autres RBD ainsi qu'au domaine S2 de la protéine de pointe trimérique. Tout cela peut expliquer la nature cachée ainsi que le degré élevé de conservation de cet épitope.
Enfin, l'inaccessibilité de l'épitope peut signifier que l'immunogène à base de S est plus puissant pour susciter un nombre plus élevé d'anticorps comme COVA1-16.
Les chercheurs résument: «Ces résultats, ainsi que la justification structurelle et fonctionnelle de la conservation de l'épitope, fournissent un plan pour le développement de vaccins et de thérapies plus universels contre le coronavirus de type SRAS.»
*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.