Espionnage moléculaire : comment le virus de l’encéphalite équine orientale envahit les cellules cérébrales

La recherche en biologie structurale permet également aux scientifiques de concevoir une molécule leurre qui bloque les infections mortelles.

Une enquête au niveau atomique sur la façon dont l’encéphalite équine orientale virus se lie à un récepteur clé et pénètre à l’intérieur des cellules a également permis la découverte d’une molécule leurre qui protège contre l’infection cérébrale potentiellement mortelle chez la souris.

L’étude, réalisée par des chercheurs de la faculté de médecine de l’université de Washington à Saint-Louis, a été publiée le 3 janvier dans la revue Cellule. En faisant progresser la compréhension des interactions moléculaires complexes entre les protéines virales et leurs récepteurs sur les cellules animales, les résultats jettent les bases de traitements et de vaccins contre les infections virales.

Comprendre les interactions virales : fondement des traitements

« Comprendre comment les virus interagissent avec les cellules qu’ils infectent est un élément essentiel de la prévention et du traitement des maladies virales », a déclaré le co-auteur principal Michael S. Diamond, MD, PhD, professeur Herbert S. Gasser à l’Université de Washington. « Une fois que vous avez compris cela, vous disposez des bases nécessaires pour développer des vaccins et des médicaments pour le bloquer. Dans cette étude, il nous a fallu beaucoup de temps pour comprendre la complexité associée à l’interaction particulière récepteur-virus, mais une fois que nous avons acquis ces connaissances, nous avons pu concevoir une molécule leurre qui s’est avérée très efficace pour neutraliser le virus. et protéger les souris des maladies.

Des chercheurs de la faculté de médecine de l’université de Washington à Saint-Louis ont déterminé comment le virus de l’encéphalite équine orientale s’attache à un récepteur qu’il utilise pour pénétrer et infecter les cellules. Le virus entier est représenté à gauche et une vue agrandie des protéines structurelles virales à droite. Les résultats ont jeté les bases d’une molécule leurre réceptrice qui protège les souris de l’encéphalite causée par le virus. Crédit : Lucas Adams/Université de Washington

Risques et défis posés par l’EEEV

Bien que les infections par le virus de l’encéphalite équine orientale chez l’homme soient rares – avec seulement quelques cas signalés dans le monde chaque année – environ un tiers des personnes infectées meurent et de nombreux survivants souffrent de problèmes neurologiques durables. En outre, les scientifiques prédisent qu’à mesure que la planète se réchauffe et que le changement climatique allonge les saisons et la portée géographique des populations de moustiques, le risque d’infection augmentera. À l’heure actuelle, il n’existe aucun vaccin approuvé contre le virus ni aucun médicament spécifique pour le traiter.

Décrypter les interactions virus-récepteur

Comme première étape pour trouver des moyens de traiter ou de prévenir le virus mortel, Diamond et le co-auteur principal Daved H. Fremont, PhD, professeur de pathologie et d’immunologie, ont entrepris d’étudier comment le virus s’attache à l’un de ses récepteurs clés – un molécule appelée VLDLR, ou récepteur des lipoprotéines de très basse densité. La molécule se trouve à la surface des cellules du cerveau et d’autres parties du corps. Le co-premier auteur Lucas Adams, étudiant en médecine/doctorat dans les laboratoires Fremont et Diamond, a utilisé la cryomicroscopie électronique pour reconstruire la liaison du virus au récepteur avec des détails au niveau atomique.

Les résultats se sont révélés étonnamment complexes. La molécule est composée de huit segments répétés, appelés domaines, enchaînés comme des perles sur une chaîne. Habituellement, une protéine virale et son récepteur s’assemblent d’une manière très spécifique. Dans ce cas, cependant, deux ou trois points différents sur les protéines de surface virales étaient capables de s’attacher à l’un des cinq domaines de la molécule.

Importance de plusieurs sites de liaison

« Ce qui est vraiment frappant, c’est que nous trouvons plusieurs sites de liaison, mais la chimie de chacun des sites de liaison est très similaire et également similaire à la chimie des sites de liaison d’autres virus qui interagissent avec des récepteurs apparentés », a déclaré Fremont, qui est également un professeur de biochimie & biophysique moléculaire et de microbiologie moléculaire. « La chimie fonctionne bien pour la façon dont les virus veulent s’attacher aux membranes cellulaires. »

Les domaines qui composent cette molécule se trouvent également dans plusieurs protéines apparentées de la surface cellulaire. Des domaines similaires se trouvent dans les protéines du règne animal.

« Comme ils utilisent une molécule qui possède naturellement des domaines répétitifs, certains alphavirus ont évolué pour utiliser la même stratégie d’attachement avec plusieurs domaines différents dans le même récepteur », a déclaré Diamond, qui est également professeur de médecine, de biologie moléculaire. microbiologie, pathologie et immunologie. Les alphavirus comprennent le virus de l’encéphalite équine orientale et plusieurs autres virus responsables de maladies cérébrales ou articulaires. « Il existe des différences de séquence dans le récepteur VLDLR au cours de l’évolution dans différents espècesmais comme le virus a cette flexibilité de liaison, il est capable d’infecter une grande variété d’espèces, notamment les moustiques, les oiseaux, les rongeurs et les humains.

Développer un récepteur leurre efficace

Pour bloquer l’attachement, les chercheurs ont créé un panel de récepteurs leurres en combinant des sous-ensembles des huit domaines. L’idée était que le virus se lierait par erreur au leurre au lieu du récepteur des cellules, et que le leurre auquel le virus était attaché pourrait alors être éliminé par les cellules immunitaires.

Le co-premier auteur Saravanan Raju, MD, PhD, chercheur postdoctoral au laboratoire Diamond, a évalué le panel de leurres. Il les a d’abord testés sur des cellules dans des boîtes. Beaucoup ont neutralisé le virus. Puis il s’est tourné vers les souris. Raju a prétraité les souris avec un leurre ou une solution saline, à titre de contrôle, six heures avant d’injecter le virus sous leur peau, un mode d’infection qui imite l’infection naturelle via une piqûre de moustique. Trois leurres ont été testés : un connu pour être incapable de neutraliser le virus ; un fabriqué à partir de la molécule complète ; et un créé à partir des deux premiers domaines uniquement.

Toutes les souris ayant reçu une solution saline, le leurre non neutralisant ou le leurre complet sont mortes dans les huit jours suivant l’infection. Toutes les souris ayant reçu le leurre fabriqué à partir des deux premiers domaines ont survécu sans signe de maladie.

Certains aspects de sa biologie donnent au virus de l’encéphalite équine orientale le potentiel d’être utilisé comme arme, ce qui rend particulièrement important de trouver un moyen de s’en protéger. Dans une expérience ultérieure au cours de laquelle les souris ont été infectées par inhalation – comme cela se produirait si le virus était pulvérisé et utilisé comme arme biologique – le leurre fabriqué à partir des deux premiers domaines était toujours efficace, réduisant le risque de mort des souris de 70 %.

Implications potentielles et orientations futures

« Grâce à une combinaison du travail structurel et du travail de suppression de domaine, nous avons pu déterminer quels domaines sont les plus critiques et créer un récepteur leurre assez efficace qui peut neutraliser l’infection virale », a déclaré Fremont. « Cette étude élargit nos connaissances sur les interactions virus-récepteur et pourrait conduire à de nouvelles approches pour prévenir les infections virales. »