Alors que le monde continue de lutter contre la pandémie de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19), les chercheurs sont occupés à rechercher des produits pharmaceutiques capables de lutter efficacement contre le pathogène. Cet agent causal, le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2), infecte par engagement via sa protéine de pointe avec la cellule hôte, se fixant au récepteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2). L’interaction pic-ACE2 est ainsi devenue une cible privilégiée des stratégies antivirales.
Une nouvelle étude parue dans la revue PLOSOne le 8 janvier 2021, rapporte l’identification de plusieurs nouveaux peptides d’une banque de médicaments déjà existante qui pourraient être utilisés pour inhiber cette liaison, car ils ont une spécificité et une affinité de liaison élevées pour le récepteur ACE2. La réutilisation des médicaments présente de multiples avantages. C’est un procédé rentable car il traite des molécules dont l’innocuité et l’efficacité ont déjà été testées à différents dosages. Deuxièmement, les processus de fabrication pour la production commerciale de ces médicaments sont déjà en place, pour la plupart. Ceux-ci sont également plus largement disponibles, ce qui permet un accès immédiat plus important.
Le récepteur ACE2 est une glycoprotéine localisée sur la membrane de plusieurs types de cellules. Son domaine N-terminal (NTD) et son site catalytique sont tournés vers l’espace extracellulaire, lui permettant de se fixer et de métaboliser plusieurs peptides. La protéine de pointe SARS-CoV-2 a une boucle d’insertion qui héberge le domaine de liaison au récepteur (RBD), dans le domaine C-terminal (CTD). La présence de résidus de liaison dans le RBD du SARS-CoV antérieur, dans le CTD du SARS-CoV-2 et dans le récepteur hôte ACE2, indique que ceux-ci sont principalement impliqués dans la découverte et le développement d’antiviraux efficaces pour la prévention et le traitement de cette condition.
Les chercheurs ont d’abord recherché plus d’un millier de composés, en utilisant une méthode de criblage virtuel pour examiner leur capacité à interagir avec la surface de liaison aux pics de la molécule ACE2. Ils se sont concentrés sur deux peptides susceptibles de se lier au récepteur avec une forte affinité, dans des conformations capables d’empêcher son interaction avec la protéine de pointe virale.
Les scientifiques ont utilisé des simulations de dynamique moléculaire (MD) pour simuler les interactions peptidiques dans 30 poses, chacune contre le site de liaison ACE2. Les études MD sont utiles pour évaluer la flexibilité et la stabilité des protéines impliquées dans les interactions de liaison. Celles-ci ont été affinées par la mécanique moléculaire, et les deux dernières poses ont été évaluées pour leur score d’amarrage et visualisées à l’aide d’un logiciel approprié. Les études d’amarrage moléculaire se sont avérées très utiles pour prédire les ligands de liaison potentiels pour un récepteur, lorsque la structure d’un récepteur et des ligands est connue.
Les interactions protéine-protéine (IPP) entre la protéine de pointe et le récepteur ACE2 sont importantes dans l’entrée virale dans la cellule hôte. Les chercheurs ont ainsi prédit et examiné les structures PPI entre les deux molécules, avec et sans l’un des deux peptides (appelés BV2) à partir des études d’amarrage. Les énergies d’interaction ont été estimées et des simulations MD du complexe en présence de BV2 ont été réalisées.
Ceux-ci ont montré une plus grande flexibilité ou des mouvements aléatoires des résidus à l’extérieur de la surface d’interaction du complexe par rapport à ceux à l’intérieur. Cela suggère qu’il existe des changements conformationnels potentiels dans le complexe, qui reste modérément flexible. La structure ACE2 doit donc être estimée avant de mener des études MD.
Peptides qui se lient à l’ACE2 à la surface de liaison à la RBD
Les chercheurs ont ensuite examiné l’ancrage moléculaire des molécules de la bibliothèque dans la structure moyenne de l’ACE2, pour des composés qui se connectaient avec des affinités ou des énergies de liaison fiables. Ceux-ci ont le potentiel de se lier fortement à la surface de liaison de la pointe sur le récepteur ACE2.
Ils ont constaté que dans les deux états liés et non liés, le récepteur ACE2 avait une stabilité comparable, avec moins de 0,01 Â. Si tel est le cas, l’entropie du récepteur peut montrer une petite réduction après que le médicament peptidique Sar9 Met (O2) 11-Substance P se fixe au récepteur ACE2. Ceci est en partie médié par des liaisons hydrogène reliant différents types d’atomes dans le complexe protéine-ligand.
Il y avait entre quatre et 13 liaisons hydrogène observées lors de la simulation MD, indiquant que le ligand ancré est très flexible. Cela indique la nécessité d’une cyclisation ou d’une autre stratégie similaire pour réduire l’entropie de tels inhibiteurs de la liaison de pic-ACE2. Malgré la variation du nombre de liaisons hydrogène, le Sar9 Met (O2) 11-Substance P a formé un complexe stable avec ACE2.
Le peptide module les IPP Spike-ACE2
Les chercheurs ont ensuite examiné les énergies libres de liaison prédites entre le pic et le récepteur ACE2 avec et sans inhibiteur peptidique ancré. Ils ont constaté que par rapport à -35,05 kcal / mol pour la pose la plus élevée en l’absence d’un inhibiteur peptidique, il était inférieur à la moitié, à -17,32 kcal / mol, en présence de BV2, indiquant que ce dernier restreint ces IPP.
Stabilité structurelle des IPP
Plus la racine carrée moyenne de fluctuation (RMSF) des résidus dans la région PPI du complexe ACE2-RBD est élevée, plus la protéine est susceptible d’être flexible (et moins stable). Inversement, plus la déviation quadratique moyenne (RMSD) du squelette de la protéine est élevée dans les mêmes régions, moins elle est susceptible d’être stable. Dans la présente étude, la présence de l’inhibiteur peptidique ancré a provoqué une augmentation du RMSD et du RMSF.
Cela suggère que le médicament ancré a perturbé la stabilité du complexe protéine-hACE2 de pointe par interférence stérique et / ou électrostatique avec les résidus en interaction qui maintenaient ensemble le complexe protéine-protéine.
Une exploration plus approfondie de cet aspect a montré que l’affinité de liaison entre ACE2 et la RBD virale a chuté jusqu’à la moitié lorsque l’inhibiteur peptidique BV2 était présent. Cela suggère que ce médicament est capable de perturber l’IPP qui sous-tend l’infection virale de la cellule hôte par le SRAS-CoV-2.
Quelles sont les implications?
Les chercheurs ont prédit des peptides qui peuvent être utilisés comme base pour développer des antiviraux capables de se lier à la surface de liaison du pic ACE2-SARS-CoV-2 et d’inhiber l’interaction de la protéine de pointe avec ses cellules hôtes. Ces peptides déjà développés nécessitent une validation supplémentaire et peuvent ensuite être réutilisés pour la thérapie du COVID-19, en tant que tels, ou sous la forme de médicaments plus récents avec une structure et une fonction similaires.
