Coronavirus : deux molécules solides candidates pour empêcher le virus d’infecter les cellules

Source : Sciences et Avenir, Héloïse Chapuis

Alors qu’aucun traitement n’a encore été mis au point contre le virus Sars-CoV-2, responsable du Covid-19, de nombreuses pistes cliniques ont été explorées, dont celle des récepteurs exprimés par les cellules cibles.

A l’heure où aucun vaccin ni remède ne sont pour le moment disponibles pour faire face à la pandémie de Covid-19, les projets de recherche se multiplient dans un effort de mise au point d’un traitement contre la maladie qui accompagne l’infection au SARS-CoV-2. Le virus a déjà fait l’objet de nombreuses études qui sont parvenues à révéler sa structure, sa taille et sa composition protéique, mais également son « comportement » lors d’interactions avec les cellules qu’il prend pour cibles. Sur la base de ces constantes découvertes, plusieurs études récentes ont exploré des pistes similaires pour développer des candidats de taille contre le virus : les récepteurs cellulaires auxquels le virus s’accroche pour rentrer dans la cellule.

La couronne du virus assure sa liaison avec ses cellules cibles

Rappelons avant toute chose le mode opératoire employé par le virus pour infecter les cellules. SARS-CoV-2 appartient à la famille des Coronaviridae, des virus à ARN qui tiennent leur nom de la couronne de spicules qui enveloppe leur surface. Ces structures semblables a des épines sont pointées vers l’extérieur sur une longueur de 20 nanomètres (nm) et expriment la protéine S, une glycoprotéine qui facilite l’entrée du virus dans les cellules cibles. Les coronavirus, tel que celui qui circule actuellement ou celui qui a été à l’origine de l’épidémie de SRAS en 2002-2003, s’infiltrent dans leur hôte par un processus qu’ont entrepris de décrire des chercheurs allemands dans une étude publiée dans la revue Cell en mars. Les scientifiques qui ont mené ce projet de recherche sont parvenus à identifier les liaisons entre différentes protéines virales et cellulaires par lesquelles le virus s’infiltre dans les cellules hôtes. Le mécanisme débute par le clivage de la protéine S, portée par les spicules, en 2 sous-unités : S1 et S2, qui se partagent différentes régions de la protéine initiale. S1 devient garante du domaine de liaison au récepteur de la cellule hôte, un long nom qui fait simplement référence à la partie de la protéine S qui permet au virus de former un contact avec la cellule visée. La cellule cible, elle, présente à sa surface la protéine à laquelle S1 va pouvoir s’accrocher : l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2). Lorsque S1 est attachée au récepteur ACE2 de la cellule hôte, c’est à S2 de jouer. Cette deuxième sous-unité va à son tour initier une forme de contact avec la cellule, mais pas avec ACE2. Plutôt, les chercheurs ont déterminé que S2 interagissait avec une autre protéine cellulaire importante pour l’entrée du SRAS-CoV-2 dans les cellules pulmonaires : « Nos résultats montrent que le SRAS-CoV-2 a besoin de la protéase TMPRSS2, qui est présente dans le corps humain, pour entrer dans les cellules« , explique Stefan Pöhlmann, chef de l’unité de biologie des infections au Centre allemand des primates. TMPRSS2, qui se trouve nichée dans la membrane de la cellule visée, va cliver S2 entamant ainsi le processus de fusion du virus dans la membrane cellulaire de sa cible.

Les maladies connues comme étant provoquées par des coronavirus sont pour certaines caractérisées par de nombreux symptômes respiratoires, qu’ils soient bénins ou plus sévères. C’est parce que les virus tels que SARS-CoV-2 et le premier SARS-CoV de 2002 ne fusionnent qu’avec des cellules dont la membrane contient ACE2. A titre de comparaison, l’affinité entre le récepteur ACE2 et SARS-CoV-2 est 10 à 20 fois plus élevée que celle du SARS-CoV. Cette protéine membranaire de type I est exprimée dans les poumons, le cœur, les reins et l’intestin, d’où l’affinité du présent virus pour ces types de tissus. De manière assez évidente, le rôle premier d’ACE2 n’est pas de guider l’entrée de virus dans les cellules de ces organes. Sa fonction physiologique principale est en réalité la maturation de l’angiotensine (Ang), une hormone qui contrôle la vasoconstriction (rétrécissement des vaisseaux sanguins) et la pression sanguine. Ainsi, une diminution de l’expression d’ACE2 participe au développement de maladies cardiovasculaires et respiratoires.

Le mésylate de camostat qui inhibe l’activité de TMPRSS2 est commercialisé au Japon

Dans la suite de leur étude, c’est sur TMPRSS2 que les scientifiques se sont concentrés, laissant ACE2 de coté. En effet, la protéase a pour eux représenté la porte d’entrée la plus importante par laquelle le virus rentre dans la cellule, puisque c’est d’elle que dépend l’initiation de la fusion des membranes virales et cellulaires : « Cette protéase est une cible potentielle pour une intervention thérapeutique« , ont-ils affirmé dans un communiqué. Ils n’ont pas eu a chercher bien loin pour trouver le premier candidat au concours de celui qui bloquera le plus efficacement l’infiltration du SARS-CoV-2 dans les cellules pulmonaires : le mésylate de camostat, un inhibiteur de la sérine-protéase, avait déjà cliniquement prouvé son efficacité dans la perturbation de l’activité de TMPRSS2, mais dans d’autres contextes que celui du COVID-19. Les allemands entreprirent alors de tester le mésylate de camostat sur différents coronavirus connus et examinent l’évolution de la capacité des virus à rentrer dans des cellules pulmonaires. « Nous avons testé le CoV-2 du SRAS isolé sur un patient et avons découvert que le mésilate de camostat bloque l’entrée du virus dans les cellules pulmonaires« , explique Markus Hoffmann, l’auteur principal de l’étude, en ce qui concerne le SARS-CoV-2. Sans l’activité de TMPRSS2, le MERS-CoV et le SARS-CoV ne pouvaient pas non plus entrer dans les cellules, qui ont dans le même temps été épargnées de tout effet cytotoxique indésirable. Ainsi, les scientifiques ont conclu de ces expériences que le TMPRSS2 était bel et bien nécessaire à la propagation de plusieurs coronavirus cliniquement importants dans des cellules vivantes, mais aussi que le mésylate de camostat était qualifié pour lutter contre l’entrée des virus dans l’organisme.

Dans ce contexte actuel de pandémie, il convient de noter que le mésylate de camostat a déjà été approuvé au Japon pour l’usage humain, mais pour une indication sans rapport avec le SARS-CoV-2 : pour le moment, la molécule est utilisée dans les cas d’inflammation du pancréas. Ce composé ou des composés apparentés ayant une activité antivirale potentiellement accrue pourraient donc, selon les scientifiques, être envisagés pour le traitement des patients infectés par le COVID-19.

La séquence SBP1 de la protéine ACE2 est celle qui se lie aux spicules de la couronne

Le camostat mésylate pourrait marcher, oui, mais il y a-t-il une autre option ? Suivant les pas des savants allemands, des chercheurs du MIT ont eux aussi choisi leur candidat. Leur démarche n’a cependant pas encore été publiée et demeure en attente de validation de la part d’experts scientifiques et médicaux. « Nous avons un composé principal que nous voulons vraiment explorer, car il interagit avec une protéine virale de sorte à avoir une chance d’inhiber l’entrée du virus dans une cellule hôte« , explique dans uncommuniqué Brad Pentelute, professeur associé de chimie au MIT, qui dirige l’équipe de recherche. Les américains ont, eux, privilégié la piste de l’inhibition de la protéineACE2 sans toucher à TRMPSS2. Certains de l’implication de ACE2 dans l’infiltration du virus, il manquait toutefois aux scientifiques un détail important sur la région exacte de la protéine qui entre en contact avec la sous-unité S1 de la couronne du virus. Dans le but d’obtenir plus de précision quant à la structure peptidique de ACE2, ils ont analysé, grâce à une simulation de dynamiques moléculaires, différents courts peptides extraits de la séquence ACE2 humaine. « Ce type de simulation peut nous donner une idée de la façon dont les atomes et les biomolécules interagissent entre eux, et des parties qui sont essentielles à cette interaction« , explique M. Zhang. « La dynamique moléculaire nous aide à cerner les régions particulières sur lesquelles nous voulons nous concentrer pour développer des thérapies« . Au moyen de cette technique, ils ont pu révéler le responsable de la liaison avec le virus : le peptide SBP1, à l’extrémité extracellulaire de ACE2. SBP1 est composé de 23 acides aminés et adopte une conformation en hélice alpha. Pour étudier plus en détail SBP1, les chercheurs en ont synthétisé des répliques en reproduisant la séquence d’acides aminés dans l’ordre dans une machine spéciale. Le fonctionnement du synthétiseur est simple : une fois que l’utilisateur a entré la séquence d’acides aminés souhaitée, les acides aminés sont pompés, dans le bon ordre, dans un module où ils sont brièvement chauffés à environ 90 degrés Celsius pour les rendre plus réactifs chimiquement. Après avoir été activés, les acides aminés s’écoulent dans une chambre où ils sont ajoutés aux chaînes peptidiques en développement. Le dispositif a permis la synthèse de dizaines de milligrammes de peptides SBP1en quelques minutes, dont la pureté brute a été déterminée comme étant supérieure 95%, et donc suffisante pour atteindre des conclusions fiables.

Synthétiser des répliques de SBP1 pour faire concurrence aux récepteurs des cellules cibles

La théorie défendue par les scientifiques stipule qu’un excès de SBP1 pourrait potentiellement couvrir les SBP1 à la surface du SRAS-CoV-2 et faire concurrence aux ACE2qui se trouvent dans la membrane des cellule cibles. Afin d’estimer l’importance de la taille du peptide SBP1 pour son activité, les scientifiques ont également synthétisé une séquence plus courte de seulement 12 acides aminés présente dans l’hélice alpha, puis ont mesuré l’affinité des deux peptides avec le SARS-CoV-2. Ils ont découvert que le peptide le plus long se liait fortement au domaine de liaison du récepteur de la protéine S du virus, tandis que le plus court se liait de façon négligeable. « Les peptides sont des molécules plus grosses, ils peuvent donc vraiment s’accrocher au coronavirus et empêcher l’entrée dans les cellules, alors que si vous utilisez une petite molécule, il est difficile de bloquer toute la zone utilisée par le virus« , explique Brad Pentelute. « Les anticorps ont aussi une grande surface, donc ils pourraient aussi s’avérer utiles. Il faut juste plus de temps pour les fabriquer et les découvrir« . En attendant, les scientifiques travaillent déjà sur le développement de centaines de variantes du peptide de 23 acides aminés : « Nous sommes convaincus de savoir exactement où cette molécule interagit, et nous pouvons utiliser cette information pour guider le raffinement, afin d’obtenir une plus grande affinité et une plus grande capacité a bloquer l’entrée du virus dans les cellules« , détaille M. Pentelute. De futures améliorations permettraient également de remédier au problème selon lequel les médicaments peptidiques ne peuvent pas être pris par voie orale, et doivent donc être administrés par voie intraveineuse ou injectés sous la peau. Il faudrait les modifier pour qu’ils puissent rester dans la circulation sanguine suffisamment longtemps pour être efficaces, ce sur quoi travaille actuellement le laboratoire de Pentelute.

“Sur demande, nous mettrons notre liant peptidique et toutes les variantes optimisées à venir à la disposition des installations de recherche qui testent et mettent au point d’éventuels traitements du COVID-19. La découverte, la synthèse et l’essai rapides de médicaments potentiels devraient aider les communautés scientifiques et sanitaires mondiales à faire face efficacement à la crise actuelle” ont précisé les chercheurs dans leur étude en pré-publication. « Il est difficile de prévoir combien de temps il faudra pour avoir quelque chose que nous pouvons tester chez les patients, mais mon objectif est d’avoir quelque chose en quelques semaines. Si cela s’avère plus difficile, cela peut prendre des mois« , espère le chercheur.

Deux études qui proposent, parmi beaucoup d’autres en ces temps intenses pour la science, de potentielles solutions et encouragent la recherche à persévérer dans ses efforts cliniques et sanitaires. En l’attente de la mise au point de quelconque traitement, ou vaccin, les règles n’ont pas changé : restez chez vous, lavez vous les mains et respectez les gestes barrières. Ce sont pour l’instant les meilleures dispositions que nous recommandent les médecins et les scientifiques de prendre contre le virus !

Source : Sciences et Avenir, Héloïse Chapuis

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