Le virus de l’hépatite B (VHB) infecte environ 296 millions de personnes et entraîne une mortalité importante, conduisant à la cirrhose ou au cancer, car il cible le foie avec peu de symptômes au départ. Des recherches récentes ont dévoilé de nouveaux mécanismes de la protéine polymérase du VHB qui pourraient conduire à des traitements innovants, dépassant potentiellement les limites des thérapies actuelles qui gèrent mais n'éliminent pas l'infection.
L'hépatite B virus (VHB) est minuscule, dangereux et très contagieux. Il infecte de manière chronique environ 296 millions de personnes et coûte environ 1 million de vies chaque année. Ce virus insaisissable cible le foie et reste souvent asymptomatique jusqu’à ce qu’il entraîne une cirrhose ou un cancer.
La plupart des traitements tentent d'inhiber la protéine polymérase (pol) du virus. Mais ces traitements durent toute la vie et ne sont pas curatifs. Aujourd'hui, des chercheurs du laboratoire de Charles M. Rice de Rockefeller ont révélé des mécanismes jamais vus auparavant qui pourraient conduire à de nouvelles approches thérapeutiques contre le VHB. Ils ont publié les résultats dans Cellule.
« Les inhibiteurs actuels peuvent atténuer l'infection mais ne peuvent pas l'éradiquer », déclare Bill Schneider, professeur adjoint de recherche au Laboratoire de virologie et des maladies infectieuses de Rice et auteur principal de l'article. « La science fondamentale peut fournir de nouvelles connaissances et conduire à différentes stratégies. C'est pourquoi nous sommes retournés à la planche à dessin pour en savoir plus sur ce virus.
Un organisme inhabituel
Le génome du VHB est un chef-d’œuvre d’économie et, par conséquent, est exceptionnellement conservateur. Plus de la moitié contient des cadres de lecture qui se chevauchent, des régions où les nucléotides codent pour plus d'une protéine. Parce qu’une seule mutation dans l’un de ces cadres peut entraîner un changement dans l’autre, le virus doit maintenir un contrôle strict sur ces régions étroitement liées pour éviter des effets potentiellement catastrophiques.
Et pourtant, HBV est clairement suffisamment flexible pour s’adapter à de nouveaux environnements et hôtes. « C'est un virus très efficace chez l'homme, et ses proches parents infectent une variété d'oiseaux et de mammifères », explique Schneider.
La façon dont le VHB gère cet équilibre délicat entre rigidité et flexibilité génétiques a été mal comprise, car ces cadres qui se chevauchent sont difficiles à séparer. Leur action collective obscurcit les mécanismes des protéines individuelles.
La protéine pol, qui joue un rôle essentiel dans la réplication du VHB, a longtemps été sur le radar des chercheurs. Molécule polyvalente, son importance se manifeste par sa taille ; elle est beaucoup plus grande que les autres protéines virales et entoure les deux tiers du génome circulaire du VHB, partageant l'un des cadres de lecture qui se chevauchent avec trois autres protéines.
Pour mieux comprendre ses composantes dynamiques, l'équipe de Rice a utilisé une nouvelle approche développée l'année dernière qui offre ARN dans des cellules cultivées pour produire du virus ADN, protéines et autres produits. L’approche leur a permis de découpler ou de séparer les fonctions des protéines dans des cadres de lecture qui se chevauchent et d’obtenir une vision plus claire de pol.
« Imaginez deux feuilles de papier transparent avec des textes différents empilés l'un sur l'autre. Si vous parvenez à retirer une des feuilles, elle sera plus facile à lire », explique Schneider. « C'est ce que ce système de délivrance d'ARN nous permet de faire. »
Ensuite, ils ont utilisé une analyse mutationnelle approfondie, une méthode à haut débit capable de révéler les mécanismes et les comportements de dizaines de milliers de variantes protéiques. Cela leur a permis de tester presque toutes les variantes possibles de la protéine pol et de voir comment elle répondait à chaque changement.
Ribosomes bloqués
L'une de leurs premières découvertes inattendues fut l'exigence stricte de acides aminés appelées prolines près de l’extrémité de la protéine pol. Ces molécules rigides sont connues pour ralentir les ribosomes, les machines moléculaires qui fabriquent les protéines en se déplaçant le long d’une molécule d’ARN messager et en traduisant le code en chaînes d’acides aminés. Plusieurs prolines consécutives peuvent arrêter un ribosome dans son élan. Et lorsqu’un ribosome s’arrête à un endroit particulier du code, il bloque temporairement la traduction.
Effectivement, ils ont découvert que les ribosomes qui construisent la protéine pol s'arrêtaient juste avant la toute fin, laissant la protéine attachée au ribosome comme un ballon attaché à la main d'un enfant.
« Il ne voulait tout simplement pas le lâcher », dit Schneider.
Ils suggèrent que ce blocage pourrait donner à la protéine le temps de se replier correctement pour accomplir son travail et, surtout, augmenter les chances qu'elle se lie au bon ARN, celui qui l'a codé. C'est seulement alors que la protéine est libérée.
Viser de nouvelles cibles
On sait depuis longtemps que la protéine pol préfère transcrire de manière inverse l'ARN dont elle est issue (appelée préférence cis) plutôt que de trouver un autre ARN à copier, mais la manière dont elle y est parvenue (par le biais du blocage des ribosomes) était inconnue jusqu'à présent.
Ce processus peut permettre à la protéine pol de propager uniquement des ARN éprouvés : par exemple, si elle est cassée, ne la copiez pas. Ou cela pourrait être par souci d’efficacité.
« Peu de protéines pol sont produites, donc le virus veut s'assurer que lorsqu'une protéine est fabriquée, elle peut faire son travail », dit-il. « La préférence cis par mécanisme d'attache permet probablement de garantir que la protéine ne flotte pas simplement dans la cellule à la recherche de son ARN apparenté. C'est un processus plus efficace.
Dans la prochaine étape de leurs recherches, ils exploreront comment manipuler la préférence cis de pol. « Une fois qu’on comprend un mécanisme, on a la capacité de le perturber et d’en découvrir les conséquences », explique-t-il.
Une idée consiste à empêcher le blocage des ribosomes en mutant les prolines qui déclenchent la pause. « Cela inhiberait probablement le virus, et cela pourrait rendre plus difficile le développement d’une résistance aux médicaments », dit-il.
