Des chercheurs de la Stanford University School of Medicine ont identifié des régions du nouveau coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) qui présentent relativement peu de mutations et pourraient donc servir de cibles importantes pour les agents prophylactiques contre la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) .
Les médicaments qui ciblent ces régions «moins variables» sont plus susceptibles d’être efficaces contre les futures variantes du SRAS-CoV-2 parce qu’ils restent inchangés ou «conservés» au fur et à mesure que le virus mute et évolue.
Daria Mochly-Rosen et ses collègues ont identifié les régions à l’aide d’une base de données de près de 190 000 séquences virales individuelles isolées de patients à travers le monde, reflétant ainsi l’évolution naturelle du virus.
L’équipe s’est concentrée sur les données relatives à la protéine de pointe virale – la structure principale utilisée par le virus pour accéder aux cellules hôtes. Le domaine de liaison au récepteur (RBD) de la protéine de pointe se fixe au récepteur humain de l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2) comme étape initiale du processus d’infection.
Actuellement, une grande partie des efforts visant à développer des agents prophylactiques en tant que traitements du COVID-19 se concentre sur le ciblage de cette protéine de pointe pour bloquer son interaction avec ACE2.
Maintenant, Mochly-Rosen et ses collègues suggèrent qu’il peut être bénéfique de développer des vaccins passifs et actifs qui ciblent la RBD, plutôt que la protéine de pointe entière.
Ils suggèrent également que de petites molécules imitant une région appelée site de liaison de l’acide linoléique (LA) peuvent être bénéfiques. De plus, ils disent que les médicaments ciblant une région relativement conservée et exposée sur la surface de la protéine (couvrant les résidus 541-612) peuvent être d’un avantage prophylactique.
Une version pré-imprimée du papier est disponible sur le bioRxiv * serveur pendant que l’article est soumis à un examen par les pairs.
Régions fonctionnelles dans la protéine S et le site d’interaction RBD-ACE2. a) Le nombre de variants par position sur toute la séquence de la protéine S, mettant en évidence des régions fonctionnelles spécifiques. b) Homotrimère à pointe avec des rubans colorés selon la légende, lié à ACE2 (rouge). Contour en pointillé noir illustré en c. c) Interface RBD-ACE2. d) Interface RBD-ACE2 mettant en évidence les résidus dans RBD à moins de 4,5 Â de ACE2. e) Le nombre de variantes par position dans le domaine RBD.
Le processus d’infection par le SRAS-CoV-2
Dans le cadre du processus d’infection par le SRAS-CoV-2, les protéases clivent la protéine de pointe en deux sous-unités. La sous-unité 1 (S1) contient le RBD dans une conformation fermée (inactive) qui ne permet pas la liaison virale ou une conformation ouverte (active) qui permet la liaison. Lorsque le RBD est en conformation ouverte, la sous-unité (S2) permet la fusion ultérieure du virus à la membrane de la cellule hôte.
Les approches de prophylaxie impliquent la prévention du clivage protéolytique de S1, la compétition avec la liaison RBD, la génération d’anticorps contre la protéine de pointe ou RBD (vaccins passifs) et le déclenchement d’une réponse immunitaire à la protéine de pointe (vaccins actifs).
En dehors de la RBD, d’autres régions telles que l’interface de trimère de pointe et le site de liaison LA sont probablement essentielles pour maintenir l’intégrité structurelle, l’entrée et la transmission du SRAS-CoV-2, disent Mochly-Rosen et ses collègues.
Les chercheurs ont émis l’hypothèse que ces régions de la protéine de pointe seraient plus conservées et contiendraient moins de variantes que les autres régions.
Qu’ont fait les chercheurs?
Pour identifier les régions de la protéine de pointe qui sont les moins variables, l’équipe a utilisé la base de données de protéines de pointe créée par le Singapore Bioinformatics Institute.
Au 11 novembree, 2020, la base de données comprenait 189 704 séquences individuelles du virus naturel isolées de nombreux patients dans le monde.
Chaque variante observée dans la protéine de pointe a été téléchargée sur l’outil logiciel PROVEAN et comparée à la séquence d’acides aminés de la protéine de pointe de la référence de Wuhan (EPI_ISL_402124) obtenue en février 2020.
Qu’ont-ils trouvé?
Par rapport à la séquence de référence, la protéine de pointe (comprenant 1 273 acides aminés) s’est avérée avoir 4 517 variants.
Chaque position d’acide aminé dans la séquence protéique abritait en moyenne quatre variantes. Cependant, certaines régions avaient dix variantes à chaque position, tandis que d’autres n’en avaient aucune. Les régions qui n’avaient pas plus de deux variantes par position d’acide aminé étaient plus répandues dans l’interface trimère structurellement critique (38%), le site de liaison LA (65%) et le RBD (37%).
Les chercheurs affirment que l’interface trimère est moins accessible et donc peu susceptible d’être ciblée par des médicaments. Cependant, le site de liaison LA pourrait être une cible potentielle pour des agents thérapeutiques avec de petites molécules qui stabilisent la protéine de pointe dans sa conformation fermée et inactive.
«La poche de liaison aux acides gras dans la conformation inactive de S [spike] la protéine est conservée dans d’autres coronavirus et 82% des variants parmi les 20 acides aminés qui composent cette poche devraient avoir un effet neutre », écrit l’équipe.
Et la RBD?
L’étude a révélé que le RBD (acides aminés 331-524) contient dix acides aminés invariants, et l’outil PROVEAN a prédit que seulement 7% des variantes de RBD étaient susceptibles d’être structurellement ou fonctionnellement dommageables.
«Par conséquent, les médicaments ciblant la RBD devraient être des prophylactiques efficaces contre la plupart des variantes du SRAS-CoV-2», écrivent les chercheurs.
L’équipe a également identifié une autre région moins variable ou dite «chaude» couvrant les résidus d’acides aminés 541-612.
Les chercheurs disent que dans cette région, l’acide aminé en position 564 a été proposé pour servir de «verrou» qui stabilise la protéine de pointe dans la conformation fermée.
L’équipe suggère que cette région chaude pourrait être impliquée dans la fusion membranaire.
«Déterminer le rôle de cette région invariable est important, car il peut s’agir d’un autre talon d’Achille à cibler pour le traitement anti-SRAS-CoV-2», écrit Mochly-Rosen et l’équipe.
Quelles sont les implications de l’étude?
Les chercheurs affirment que les résultats pourraient guider le développement d’agents prophylactiques efficaces pour arrêter la propagation de la pandémie COVID-19.
«Nos données suggèrent qu’il peut être bénéfique de développer des vaccins passifs et actifs qui ciblent la RBD, au lieu de la protéine S entière, ainsi que de petites molécules qui verrouillent la conformation fermée, comme celles imitant le LA», écrivent-ils.
«Enfin, les médicaments et les anticorps ciblant la région 541-612, une région relativement conservée et exposée à la surface de la protéine, peuvent également avoir un bénéfice prophylactique», 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 être traités comme des informations établies.
