Il est largement admis que les anticorps neutralisent les virus en s’accrochant à leur surface et en les empêchant d’infecter les cellules hôtes. Mais de nouvelles recherches révèlent que cette méthode de barrière n’est pas la seule façon dont les anticorps désactivent les virus. Une équipe internationale de chercheurs dirigée par Penn State a découvert que les anticorps déforment également les virus, les empêchant ainsi de se fixer et d’entrer correctement dans les cellules.
« Tout le monde pense que les anticorps se lient aux virus et les empêchent de pénétrer dans les cellules, les verrouillant essentiellement », a déclaré Ganesh Anand, professeur agrégé de chimie à Penn State. “Mais nos recherches révèlent pour la première fois que les anticorps peuvent également déformer physiquement les virus, de sorte qu’ils sont incapables de se fixer correctement et d’infecter les cellules hôtes.”
Dans leur étude, publiée récemment dans la revue Cellule, Anand et ses collègues ont étudié les interactions entre l’anticorps monoclonal humain (HMAb) C10 et deux virus pathogènes : le Zika et la dengue. Les anticorps HMAb C10 qu’ils utilisaient avaient déjà été isolés de patients infectés par le virus de la dengue et il avait également été démontré qu’ils neutralisaient le virus Zika.
Les chercheurs ont découvert que le même type d’anticorps peut neutraliser les virus Zika et de la dengue de deux manières différentes – l’une où il se lie au virus et le désactive (à gauche), ce qui est la façon traditionnelle dont nous pensons à l’activité des anticorps, et l’autre où il s’enfouit et déforme le virus (à droite). Crédit : Ganesh Anand, État de Pennsylvanie
Les chercheurs ont utilisé une combinaison de techniques, notamment la microscopie électronique cryogénique (cryo-EM) pour visualiser les virus et la spectrométrie de masse par échange hydrogène/deutérium (HDXMS) pour comprendre leur mouvement.
“La cryo-EM implique la congélation flash d’une solution contenant des molécules d’intérêt, puis leur ciblage avec des électrons pour générer de nombreuses images de molécules individuelles dans différentes orientations”, a expliqué Anand. « Ces images sont ensuite intégrées dans un instantané de ce à quoi ressemble la molécule. La technique fournit des images beaucoup plus précises des molécules que d’autres formes de microscopie.
Pour documenter les effets des anticorps sur les virus Zika et de la dengue, l’équipe a collecté des instantanés cryo-EM des virus dans des conditions de concentrations croissantes d’anticorps.
En parallèle, l’équipe a appliqué HDXMS, une technique dans laquelle des molécules d’intérêt – dans ce cas le virus Zika et de la dengue, ainsi que des anticorps HMAb C10 – sont immergées dans de l’eau lourde. L’eau lourde, a expliqué Anand, a vu ses atomes d’hydrogène remplacés par du deutérium, le cousin isotopique le plus lourd de l’hydrogène.
“Lorsque vous submergez un virus dans de l’eau lourde, les atomes d’hydrogène à la surface du virus échangent avec du deutérium”, a-t-il déclaré. « On peut alors utiliser la spectrométrie de masse pour mesurer la lourdeur du virus en fonction de cet échange de deutérium. Ce faisant, nous avons observé que le virus de la dengue, mais pas le virus Zika, devenait plus lourd avec du deutérium à mesure que davantage d’anticorps étaient ajoutés à la solution. Cela suggère que pour le virus de la dengue, les anticorps déforment le virus et permettent à plus de deutérium d’entrer. C’est comme si le virus était écrasé et qu’une plus grande surface était exposée où l’hydrogène peut être échangé contre du deutérium.
En revanche, le virus Zika n’est pas devenu plus lourd lorsqu’il est placé dans de l’eau lourde, ce qui suggère que sa surface, bien que entièrement occupée par des anticorps, n’est pas déformée par les anticorps.
Anand a expliqué qu’en combinant cryo-EM et HDXMS, l’équipe a pu obtenir une image complète de ce qui se passe lorsque les anticorps se fixent aux virus Zika et de la dengue.
“C’est comme ces flipbooks de dessins animés, où chaque page a une image légèrement différente, et lorsque vous feuilletez le livre, vous voyez un court métrage”, a-t-il déclaré. « Imaginez un flipbook avec des dessins d’un cheval de course. Cryo-EM vous montre à quoi ressemble le cheval de course et HDXMS vous montre à quelle vitesse le cheval de course se déplace. Vous avez besoin des deux techniques pour pouvoir décrire un cheval de course en mouvement. Cet ensemble complémentaire d’outils nous a permis de comprendre comment un type d’anticorps affecte différemment deux types de virus.
Il a noté que le fait que plus ils ajoutaient d’anticorps, plus les particules du virus de la dengue se déformaient, suggère que la stoechiométrie – la relation entre les quantités de réactifs et de produits avant, pendant et après une réaction chimique – est importante.
“Il ne suffit pas d’avoir des anticorps présents”, a-t-il déclaré. “La quantité d’anticorps que vous ajoutez détermine l’étendue de la neutralisation.”
En fait, l’équipe a découvert que dans des conditions de saturation, dans lesquelles des anticorps étaient ajoutés à des concentrations suffisamment élevées pour remplir tous les emplacements de liaison disponibles sur les virus de la dengue, 60% des surfaces du virus se déformaient. Cette distorsion était suffisante pour protéger les cellules de l’infection.
“Si vous avez suffisamment d’anticorps, ils déformeront suffisamment la particule virale pour qu’elle soit déstabilisée de manière préventive avant même qu’elle n’atteigne ses cellules cibles”, a déclaré Anand.
En effet, lorsque les scientifiques ont incubé les virus de la dengue liés aux anticorps avec des cellules BHK-21, une lignée cellulaire provenant des reins de bébés hamsters souvent utilisée dans la recherche sur les infections virales, ils ont découvert que 50 à 70 % de cellules en moins étaient infectées.
Anand a expliqué qu’avec certains virus, dont Zika, les anticorps fonctionnent en bloquant les sorties afin que le passager ne puisse pas sortir de la voiture.
“Nous avons trouvé un nouveau mécanisme dans le virus de la dengue par lequel les anticorps totalisent essentiellement la voiture, de sorte qu’elle ne peut même pas se rendre dans une cellule”, a-t-il déclaré.
Comment les anticorps déforment-ils les particules du virus de la dengue ?
Anand a expliqué que contrairement au désormais familier SRAS-CoV-2, qui a des protéines de pointe faisant saillie dans toutes les directions, les surfaces du Zika et de la dengue sont plus lisses avec des pics et des vallées.
Anand a noté que pour le virus de la dengue, les anticorps préfèrent particulièrement se lier aux « pics » connus sous le nom de sommets quintuples. Une fois que toutes les protéines sur les sommets quintuple ont été liées, les anticorps se tourneront vers leurs pics favoris – les sommets triples. Enfin, il ne leur reste que les sommets doubles.
“Les anticorps n’aiment pas les sommets doubles car ils sont très mobiles et difficiles à lier”, a déclaré Anand. «Nous avons constaté qu’une fois que les sommets cinq et trois fois ont été entièrement liés aux anticorps, si nous ajoutons plus d’anticorps à la solution, le virus commence à trembler. Il y a cette compétition entre les anticorps essayant d’entrer et le virus essayant de les secouer. En conséquence, ces anticorps finissent par s’enfouir dans le virus plutôt que de se lier aux sommets doubles, et nous pensons que c’est ce creusement dans la particule virale qui fait trembler et déformer le virus et finalement devenir non fonctionnel.
Quelle est la différence entre le Zika et la dengue ?
Anand a expliqué que le Zika est un virus beaucoup plus stable et moins dynamique que la dengue, qui a beaucoup de pièces mobiles.
« La dengue et le Zika se ressemblent mais chacun a un effet différent. La dengue a peut-être évolué comme un virus plus mobile afin d’éviter d’être attrapé par des anticorps. Ses pièces mobiles confondent et déstabilisent le système immunitaire. Malheureusement pour la dengue, les anticorps ont évolué pour contourner ce problème en s’enfouissant dans le virus et en le déformant. »
Il semble, a-t-il dit, que le même type d’anticorps puisse neutraliser le Zika et la dengue de deux manières différentes – l’une où il se lie au virus et le désactive, ce qui est la façon traditionnelle dont nous pensons à l’activité des anticorps, et l’autre où il s’enfouit et déforme le virus.
Et les autres virus ?
Anand a déclaré que la stratégie de distorsion découverte par son équipe peut être utilisée par les anticorps lorsqu’ils sont également confrontés à d’autres types de virus.
“La dengue n’est qu’un virus modèle que nous avons utilisé dans nos expériences, mais nous pensons que cette stratégie de déstabilisation préventive peut être largement applicable à n’importe quel virus”, a-t-il déclaré. “Il se peut que les anticorps tentent d’abord de neutraliser les virus par la méthode de la barrière et s’ils échouent, ils recourent à la méthode de la distorsion.”
Y a-t-il des applications potentielles des résultats?
Les résultats pourraient être utiles dans la conception d’anticorps thérapeutiques, a déclaré Anand.
“Les anticorps HMAb C10 sont spécifiques des virus de la dengue et du Zika et sont capables de neutraliser les virus Zika et de la dengue de deux manières différentes”, a-t-il déclaré. « Mais vous pourriez potentiellement concevoir des thérapies avec les mêmes capacités pour traiter d’autres maladies, telles que COVID-19[feminine. En créant une thérapeutique avec des anticorps qui peuvent à la fois bloquer et déformer les virus, nous pouvons éventuellement obtenir une plus grande neutralisation. »
Il a ajouté: “Vous ne voulez pas attendre qu’un virus atteigne son tissu cible, donc si vous pouvez introduire un cocktail thérapeutique tel qu’un spray nasal où le virus pénètre d’abord dans le corps, vous pouvez l’empêcher même d’entrer dans le système . En faisant cela, vous pourrez peut-être même utiliser moins d’anticorps puisque nos recherches montrent qu’il faut moins d’anticorps pour neutraliser un virus par la méthode de distorsion. Vous pouvez en avoir pour votre argent.
Dans l’ensemble, Anand a souligné que l’importance de l’étude est qu’elle révèle une toute nouvelle stratégie que certains anticorps utilisent pour désactiver certains virus.
“Auparavant, tout ce que nous savions sur les anticorps était qu’ils se lient et neutralisent les virus”, a-t-il déclaré. “Maintenant, nous savons que les anticorps peuvent neutraliser les virus d’au moins deux manières différentes, et peut-être même plus. Cette recherche ouvre la porte à une toute nouvelle voie d’exploration.
Référence : « L’anticorps humain C10 neutralise en diminuant Zika mais en améliorant la dynamique du virus de la dengue » par Xin-Xiang Lim, Bo Shu, Shuijun Zhang, Aaron WK Tan, Thiam-Seng Ng, Xin-Ni Lim, Valerie S.-Y. Chew, Jian Shi, Gavin R. Screaton, Shee-Mei Lok et Ganesh S. Anand, 30 novembre 2021, Cellule.
DOI : 10.1016/j.cell.2021.11.009
D’autres auteurs sur le papier incluent Xin-Xiang Lim, étudiant diplômé ; Jian Shi, directeur, installation Cryo-EM ; et Shee-Mei Lok, professeur à l’Université nationale de Singapour. Les co-auteurs incluent également Bo Shu, chercheur associé; Shuijun Zhang, professeur adjoint ; Aaron WK Tan, étudiant diplômé; Thiam-Seng Ng, étudiant diplômé ; Xin-Ni Lim, étudiant diplômé ; et Valerie Chew, professeure adjointe à la Duke-National University of Singapore Medical School. Gavin R. Screaton, chef de la division des sciences médicales de l’Université d’Oxford, est également auteur.
Cette recherche a été financée par la National Research Foundation de Singapour, le ministère de la Santé de Singapour et par Penn State.
