Les paramyxovirus ont le potentiel de déclencher une pandémie dévastatrice. Cette famille de virus comprend la rougeole, le virus Nipah, les oreillons, la maladie de Newcastle et la maladie de Carré canine.
« L’infectiosité de la rougeole est inégalée par tout virus connu. Si une personne atteinte de rougeole tousse dans une pièce avec 100 personnes non vaccinées, environ 90 seraient infectées », déclare Michael Norris, Ph.D., ancien associé postdoctoral à l’Institut La Jolla. en immunologie (LJI) et professeur adjoint actuel à l’Université de Toronto. « Le virus Nipah n’est pas aussi contagieux, mais il est incroyablement mortel, avec entre 40% et 90% des infections causant la mort. »
« Imaginez simplement si un paramyxovirus émergeait qui était aussi contagieux que la rougeole et aussi mortel que Nipah », ajoute Norris.
Il n’est pas difficile d’imaginer ce scénario. En fait, le film « Contagion » de 2011 était basé sur ce type exact de paramyxovirus imaginaire.
Aujourd’hui, Norris et une équipe internationale de collaborateurs ont publié le tout premier regard sur une étape clé du cycle de vie des virus de la rougeole et de Nipah. Leur nouvelle étude, publiée en couverture prochainement dans Avancées scientifiquesrévèle comment les futures thérapies pourraient arrêter ces virus dans leur élan.
« Ce travail résout un mystère de longue date : comment les virus s’assemblent », déclare le professeur LJI Erica Ollmann Saphire, Ph.D., qui a été co-auteur principal de l’étude avec le professeur Robert Stahelin, Ph.D., de l’Université Purdue. « Nous savons que les nombreuses pièces d’un virus s’assemblent au niveau de la membrane cellulaire, mais nous ne savions pas quel était le déclencheur qui déclenche ce processus d’assemblage irréversible. »
« Cette étude réussit en identifiant comment les paramyxovirus sont capables d’utiliser un lipide de cellule hôte pour la propagation virale », explique Stahelin. « Ce travail éclairera les futurs efforts de découverte de médicaments. »
Assemblage d’un paramyxovirus
Les chercheurs ont utilisé plusieurs techniques d’imagerie, dont la cristallographie aux rayons X et la microscopie électronique, pour capturer un processus appelé assemblage viral.
Au cours de l’assemblage viral, les protéines clés et le matériel génétique se précipitent vers des zones spécifiques sur les membranes des cellules hôtes infectées. Des protéines virales spéciales, appelées protéines « matrices », se rassemblent pour former un réseau contre l’intérieur de la membrane cellulaire. Les protéines matricielles sont les moteurs du processus d’assemblage du virus. Norris les appelle les « maréchaux de terrain » qui rassemblent et guident les autres protéines nécessaires à la formation d’un nouveau virus. Les protéines matricielles donnent également au virus sa forme.
Au fur et à mesure que l’assemblage viral se poursuit, le réseau de protéines matricielles commence à pousser la membrane vers l’extérieur pour former un « bourgeon » et recrute d’autres protéines virales sur ce site. Une fois que le bourgeon a tous les composants nécessaires en place, il se sépare de la cellule mère pour former un nouveau virus qui peut ensuite infecter une nouvelle cellule hôte.
Les chercheurs espèrent qu’en comprenant mieux l’assemblage viral, ils pourront concevoir des thérapies qui interrompent le processus. Cette approche est prometteuse; le médicament Lenacapavir cible le processus d’assemblage du VIH et fait actuellement l’objet d’essais cliniques, et Norris dit qu’il est possible d’utiliser la même stratégie pour arrêter les paramyxovirus. « Cette thérapie contre le VIH est une preuve de principe que le ciblage de l’assemblage viral est une stratégie viable pour le développement de médicaments », déclare Norris.
Les scientifiques ont juste besoin d’une vision claire du processus d’assemblage des paramyxovirus. Le défi pour les chercheurs est d’essayer de voir les protéines de la matrice en action.
Capturer l’assemblage viral
Norris et ses collègues ont examiné l’assemblage viral dans le virus de la rougeole et le virus Nipah. Leur analyse montre comment deux protéines matricielles se rejoignent dans une sorte d’étreinte pour former une structure « dimère » à deux côtés. Les chercheurs ont démontré que l’arrêt de ce « câlin » en bloquant la formation de ce dimère arrête également l’assemblage viral, mais ce n’était pas surprenant.
Les chercheurs avaient vraiment besoin de savoir comment ces dimères interagissent avec d’autres structures au cours du processus de bourgeonnement. Ils ont montré que le dimère hug flotte vers l’intérieur de la membrane cellulaire pour former une sorte de tête de choc avec la membrane.
À partir des travaux menés par le Stahelin Lab de l’Université Purdue, l’équipe a découvert que les protéines de la matrice se lient spécifiquement à une molécule lipidique dans la membrane de la cellule hôte appelée PI(4,5)P2. Cette interaction ancre les protéines de la matrice à la surface de la membrane de la cellule hôte et fournit des points de rencontre pour l’assemblage du virus à des sites spécifiques le long de la membrane. Norris et ses collègues ont capturé cette interaction en détail à l’aide de la cristallographie aux rayons X.
Puis vint une grosse surprise structurelle. L’équipe a découvert que les protéines de la matrice du virus Nipah changent en fait leur structure pour ouvrir une poche de liaison aux lipides pour PI(4,5)P2.
« C’était un aspect extrêmement passionnant de l’étude », déclare Norris. Il souligne que cette poche n’existe pas avant la fixation de la membrane et que la poche n’aurait pas été repérée sans la structure capturée dans cette étude. La découverte de cette poche a révélé une toute nouvelle cible pour développer des inhibiteurs du processus d’assemblage.
PI(4,5)P2 s’est également avéré être l’ingrédient secret qui déclenche la liaison des dimères de protéines matricielles les uns aux autres pour former un réseau sur la surface interne de la membrane de la cellule hôte. Lorsque les protéines matricielles changent de structure pour ouvrir la poche PI(4,5)P2, elles adoptent également une forme qui pilote l’assemblage du réseau.
Ce changement dans la structure de la protéine matricielle crée également une courbure dans la membrane cellulaire. Avant la liaison de PI(4,5)P2, l’espace entre deux protéines matricielles dans un câlin a une forme de bol concave avec des côtés inclinés. Après la liaison de PI(4,5)P2 aux protéines de la matrice, ces côtés inclinés s’aplatissent pour transformer la forme du bol en une forme de plaque et forcent la membrane à se courber vers le haut. La courbe douce de la membrane cellulaire apparaît alors pour commencer à former un nouveau bourgeon qui finira par constituer un nouveau virus.
Les scientifiques ont beaucoup appris de ces structures. « Nous ne savions pas à quel point les molécules changeraient lorsque le processus serait déclenché ou à quoi ressemblerait la structure lorsqu’elles s’assembleraient », explique Saphire.
Concevoir une vaste thérapeutique
La rougeole est toujours une cause majeure de mortalité dans le monde. L’Inde et le Bangladesh font face à des épidémies annuelles de Nipah. Ces virus ne disparaissent pas et nous avons besoin de thérapies efficaces pour arrêter les épidémies.
Une large thérapie paramyxovirale pourrait également protéger le bétail contre les maladies et assurer la sécurité alimentaire. La maladie de Newcastle chez les volailles est causée par des infections à paramyxovirus qui peuvent anéantir des troupeaux entiers avant même que les symptômes ne soient détectés. Une épidémie de maladie de Newcastle en 2018-2020 en Californie a provoqué l’abattage de 1,2 million d’oiseaux.
La nouvelle étude montre le potentiel d’une thérapie pan-paramyxovirale qui cible l’assemblage viral dans plusieurs virus. Norris souligne que si les génomes des virus de la rougeole et de Nipah sont très différents, les protéines de la matrice de la rougeole et de Nipah semblent presque identiques.
« Parce que ces structures de protéines matricielles sont hautement conservées, nous pourrions potentiellement cibler un virus et avoir un inhibiteur qui pourrait cibler tous les autres virus de cette famille », explique Norris.
Norris a pu commencer à rechercher des inhibiteurs de protéines matricielles grâce au financement du prix SPARK des familles Tullie et Rickey de LJI pour l’innovation en immunologie. Ce financement lui a permis de réduire rapidement une liste de plus de 7,4 millions de candidats-médicaments pour en identifier une centaine qui feront l’objet de tests supplémentaires.
Les prochaines étapes consistent à mieux comprendre les interactions moléculaires qui composent le réseau matriciel et à mieux comprendre comment les protéines matricielles recrutent et interagissent avec les autres protéines virales au cours du processus d’assemblage.
« Nous envisageons de tirer parti de ces travaux pour concevoir des inhibiteurs à large spectre de l’assemblage viral », déclare Norris.
Michael Norris et al, Assemblage des virus de la rougeole et de Nipah : la liaison spécifique des lipides entraîne la polymérisation de la matrice, Avancées scientifiques (2022). DOI : 10.1126/sciadv.abn1440. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn1440