Comment le nouveau coronavirus devient-il des souches infectieuses ? Les scientifiques révèlent des facteurs

Une étude IIT Kanpur aide à comprendre quels composants cellulaires et produits chimiques aident le virus à devenir des souches dominantes hautement infectieuses.

L’équipe de l’IIT a étudié comment les cinq souches du virus – la souche originale de Wuhan, D614G, Alpha, Beta et Delta – interagissaient avec les composants cellulaires. | Photo représentative : iStock

Nous savons que le nouveau coronavirus SARS-CoV-2 utilise la protéine Spike présente dans sa coque externe pour pénétrer dans les cellules de notre corps. Des études ont montré que la protéine Spike se compose de deux sous-unités, S1 et S2. Tout d’abord, S1 reconnaît les récepteurs ACE2 (enzyme de conversion de l’angiotensine 2) et NRP1 (neuropyline-1) sur notre membrane cellulaire et s’y verrouille (comme une clé dans une serrure).

Après la connexion, S2, un ensemble de six protéines hélicoïdales, entre en jeu. Les protéines de S2 réarrangent leur structure, s’étirent et s’allongent pour atteindre leur cible : la membrane des cellules de notre corps. Une fois qu’ils atteignent la limite, un segment de S2 appelé peptide de fusion (une autre partie de la protéine) est libéré, qui agit comme une ancre pour S2, les membranes du virus et la cellule hôte fusionnent. Une fois que cette fusion se produit, une voie est créée par laquelle le matériel génétique viral, l’ARN (acide ribonucléique), pénètre dans la cellule, détourne la machinerie cellulaire pour se répliquer et provoque une infection.

Lisez aussi: Premier cas de variante XE du coronavirus signalé en Inde à Mumbai

D’autre part, le SRAS-CoV-2 est en train de muter pour évoluer vers des souches dominantes. Les scientifiques ont observé que des mutations de pointe se produisent dans la protéine Spike, l’aidant à améliorer sa capacité à adhérer et à mieux fusionner avec les cellules hôtes. Une telle capacité de fusion améliorée a permis au D614G de devenir une souche dominante en 2020 avec des taux de transmission élevés. En outre, le virus a évolué vers les souches Alpha (Royaume-Uni), Beta (Afrique du Sud) et Delta (Inde), chacune d’entre elles ayant déclenché une nouvelle vague de pandémie, remettant en cause l’efficacité des vaccins.

Annonce publicitaire

Lacunes de connaissances

Bien que des études aient mis en lumière la structure de la protéine Spike et les détails de son adhésion à la paroi de la cellule hôte, nous ne savons toujours pas grand-chose sur le processus de fusion. Par exemple, les récepteurs (ACE2 et NRP1) sur nos cellules sont-ils suffisants pour faciliter la fusion de S2 avec la paroi cellulaire ? Le virus profite-t-il d’un autre processus cellulaire ou d’une sous-structure cellulaire et les utilise-t-il pour favoriser la fusion membranaire ? Où exactement le virus trouve-t-il une entrée ? Comment le virus utilise-t-il les produits chimiques de nos cellules à son avantage ? Et comment le virus modifie-t-il sa sensibilité à ces produits chimiques cellulaires pour l’aider à émerger en variantes dominantes qui fusionnent mieux avec les cellules ?

Il s’agit de certaines lacunes dans notre compréhension de l’évolution des souches virales. Du point de vue d’une étude scientifique, recréer les processus de séquence de fusion Spike-cell en laboratoire serait d’une grande aide pour les études scientifiques. Ces informations aideraient à concevoir de meilleurs médicaments et vaccins.

Des chercheurs du Département des sciences biologiques et de la bioingénierie de l’Institut indien de technologie de Kanpur (IIT Kanpur) comblent ce manque de connaissances en mettant en place une “démonstration en direct” du processus de fusion Spike-cell en laboratoire. Leur étude nous aide à comprendre et à visualiser comment la sous-unité S2 interagit avec les cellules hôtes et subit des changements pour la fusion. De plus, leurs expériences révèlent quels composants cellulaires et produits chimiques aident le virus à devenir des souches dominantes hautement infectieuses.

Préparer une démo en direct

Les cellules sont des machines complexes constituées de plusieurs petites parties appelées organites présentes à l’intérieur et à la surface des cellules. Chaque organite a des devoirs spécifiques pour remplir collectivement les fonctions de la cellule. Par exemple, les récepteurs sont des gardiens et aident à lier des médicaments ou des hormones ; les mitochondries sont la banque énergétique de la cellule ; les ribosomes fabriquent des protéines; et donc. Les cellules contiennent également de nombreuses particules chargées ou ions chimiques qui agissent comme des messagers pour transporter des signaux entre les organites, déclencher des réactions enzymatiques et transmettre des informations à d’autres cellules.

Lire aussi : NeoCov, nouveau type de coronavirus, fait plus de morts, selon une étude

L’équipe de l’IIT a étudié comment les cinq souches du virus – la souche originale de Wuhan, D614G, Alpha, Beta et Delta – interagissaient avec les composants cellulaires. Ils ont choisi d’expérimenter avec des cellules synthétiques, appelées liposomes, pour imiter de vraies cellules. Les liposomes sont des vésicules à couches de graisse sur lesquelles ils pourraient recouvrir les protéines réceptrices requises, leur donnant la liberté d’ajouter chaque composant de manière séquentielle et selon les besoins pour les observations. Ils ont observé la réponse du processus de fusion à l’aide de techniques spectroscopiques avancées, telles que l’extinction de fluorescence, l’anisotropie de fluorescence et les mesures FRET.

L’équipe a recouvert les liposomes de récepteurs ACE2 et NRP1 et a observé comment les souches virales interagissaient avec eux. Ils ont réalisé que l’ajout de ces deux récepteurs seuls était insuffisant pour que la sous-unité S2 Spike fusionne avec la membrane de la cellule hôte. Ils ont ensuite modifié le milieu environnant entre le virus et la vésicule en modifiant le pH de la solution. Le pH est une mesure quantitative de l’acidité chimique, de l’alcalinité (basique) ou de la neutralité d’une solution. Ils ont noté qu’un pH bas d’environ 4,6 (un milieu acide) améliorait l’activité de Spike.

Les chercheurs ont ensuite introduit des ions métalliques de fer, de magnésium, de zinc et de calcium dans le milieu environnant et ont déterminé s’ils facilitaient la fusion.

Ils ont découvert que la protéine Spike n’était active que lorsque des ions calcium étaient présents et que, à mesure que les niveaux d’ions augmentaient, Spike était mieux en mesure de fusionner avec la membrane hôte. « Les ions calcium ont déclenché la libération du segment peptidique de fusion de S2, qui aide à restructurer les protéines et à trouver la membrane cible. En conséquence, S2 a rapidement changé de structure et fusionné avec la membrane hôte », explique le Dr Dibyendu Das, auteur principal de l’étude. De plus, il y avait une réponse maximale à un niveau particulier de concentration d’ions (500 µM – micromolaire, une unité qui mesure le nombre de moles d’une substance dans une unité de volume).

Étonnamment, cependant, la capacité de S2 à fusionner avec la cellule a considérablement diminué lorsque les niveaux d’ions calcium ont augmenté au-delà de cela.

Le Dr Das explique : « C’est parce que les protéines S2 ont besoin d’un certain temps pour localiser la membrane cible et ensuite libérer un peptide de fusion. Lorsque les ions calcium augmentaient au-delà du niveau optimal, ils déclenchaient une réaction rapide, libérant la molécule de fusion plus tôt.” Par conséquent, S2 ne peut pas atteindre la cible et, par conséquent, le peptide d’ancrage tombe, S2 s’effondre et la fusion est inhibée.

avantage du virus

Les chercheurs ont ainsi conclu que la protéine Spike a muté pour favoriser un environnement acide et une sensibilité élevée à une concentration particulière d’ions calcium dans les cellules. L’effet combiné améliore la capacité de la protéine Spike à fusionner avec les cellules, ce qui rend le virus hautement infectieux. De plus, ils ont découvert que la souche Delta présentait la capacité de fusion maximale de 90 % dans ces conditions.

Lorsqu’on lui a demandé comment ces observations se rapportent à l’environnement des cellules réelles, le Dr Das a déclaré: «Les cellules de notre corps ont des organites (composants) appelés lysosomes présents dans la membrane cellulaire. Ils nettoient les débris cellulaires. Les lysosomes ont un environnement acide et le niveau exact d’ions calcium (500 µM) pour la fusion. Par conséquent, ils offrent un point d’entrée favorable pour le virus.

Lire aussi : Quatrième vague de Covid en Inde attendue le 22 juin : des chercheurs de l’IIT-K

Les chercheurs ont réalisé une autre expérience sur de vraies cellules. Ils ont utilisé une molécule spéciale qui ciblait et perturbait la concentration des ions calcium dans les lysosomes. Ils ont noté que cela inhibait immédiatement la fusion de Spike et donc l’entrée virale dans les cellules.

Le Dr Das dit que les résultats offrent la possibilité d’un moyen efficace de concevoir des médicaments ou des vaccins. “Si nous pouvons cibler d’une manière ou d’une autre les lysosomes dans les cellules du corps et trouver un moyen de manipuler les canaux ioniques calcium dans les lysosomes, nous pouvons inhiber l’entrée du virus dans les cellules.”

Lisez aussi : Les personnes non vaccinées augmentent le risque de COVID-19 pour celles qui sont vaccinées : Étude

Add Comment