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Activité pédagogique sur la variabilité de la protéine S (Spike) et la spécificité des anticorps

Par Laure Willhelm — Dernière modification 01/03/2021 14:00
Cette activité permet de mettre en évidence la variabilité de la séquence de la protéine S des coronavirus et donc les variabilités structurales de cette protéine reconnue par les anticorps neutralisant le coronavirus. Ceci afin d’expliquer pourquoi des anticorps spécifiquement dirigés contre d’autre virus ne peuvent reconnaître cette protéine antigénique et neutraliser le SARS-CoV-2.

la variabilité de la protéine S (spike) et la spécificité des anticorps

 

Les vaccins contre la pneumonie protègent-ils contre le nouveau coronavirus?

Non. Ce n'est pas parce que le coronavirus peut sévèrement atteindre les poumons, que les personnes vaccinées contre la pneumonie sont davantage protégées. L'OMS répond à cette question sur sa page dédiée aux "fakenews" : "les vaccins contre la pneumonie tels que le vaccin antipneumococcique et le vaccin anti-Haemophilus influenza type B (Hib) ne confèrent pas de protection contre le nouveau coronavirus." Retenez encore que le virus SARS-CoV-2 est si nouveau et différent qu'il nécessite un vaccin qui lui est propre. 
De plus, l’ utilisation d'anticorps et d’antiviraux précédemment développés pour le SARS-CoV-1, un virus proche, s’avèrent également inefficaces. 

Problématique : Comment expliquer qu’un vaccin ou des anticorps dirigés contre un autre virus même proche soient inefficaces contre le SARS-CoV-2 ?

Document 1 : La mode d’action des anticorps

Image tirée de https://soutien.profexpress.com/rimh/complexe-immun/

A partir du document 1, proposez une hypothèse à la problématique.

 

 

 

 

 

Document 2 : Une protéine S (Spike) de surface des coronavirus variable

 

Étant à la surface du virus, la glycoprotéine S qui permet l’entrée du coronavirus dans la cellule, est reconnue par le système immunitaire de la personne infectée. Des anticorps spécifiques sont produits et peuvent neutraliser le virus en se fixant à cette protéine. Des anticorps et peptides thérapeutiques qui interagissent puissamment avec la zone de liaison de la protéine S avec le récepteur ACE2 (présent à la surface des cellules), pourraient être utilisés pour bloquer son interaction avec ACE2 et donc empêcher l’entrée du virus dans la cellule. Par exemple, un anticorps qui se fixe à la partie de séquence RBD servant à la l’interaction (acides aminés 471 à 503 de la protéine S) peut bloquer spécifiquement la liaison de la protéine S à l'ACE2 et empêcher l'entrée du SARS-CoV. 

 

D’après Jared S. Morse , Tyler Lalonde  , Shiqing Xu, and Wenshe Ray Liu. Learning from the Past: Possible Urgent Prevention and Treatment Options for Severe Acute Respiratory Infections Caused by 2019-nCoV. ChemBioChem. 2020.

Étape 1 : Afin de vérifier votre hypothèse, vous allez comparer la séquence protéique entière de la protéine S et sa séquence au niveau de la région d’interaction avec le récepteur ACE2 (RBD) entre 2 virus proches SARS-CoV-1 et SARS-CoV-2 :

Ouvrez le fichier « SPIKE RBD RBM CoV1 CoV2 », puis comparez les séquences 2 à 2 à l’aide du logiciel anagène afin identifier les différences et leurs localisation dans la séquence.

Exemples de résultats :

Région la plus variable de la région RBD de la protéine S est d'abord identifiée (du 152ème au 168ème acide aminé) 

Il est nécessaire ensuite de localiser cette région variable sur la séquence entière :

On observe une grande variabilité des acides aminés entre les 2 séquences entre le 474ème et 490ème acide aminé.

 

Étape 2 : Étudiez la structure spatiale de la région d’interaction RBD de la protéine S associée au récepteur membranaire ACE 2 :

Ouvrez le fichier «RBDproteinS-ACE2 » puis affichez les protéines en boules et bâtonnets et colorez par chaîne pour identifier la RBD-protéine S de son récepteur ACE2 (les protéines virales sont les chaînes E et F). Remarque : le complexe RBD-proteine S/ACE 2 est visible 2 fois.

A l’aide du travail précédant réalisé sur anagène, faites apparaître à l’aide des fonctionnalités du logiciel Rastop, la portion de la séquence d’acides aminés la plus variable entre les 2 virus pour la région RBD de la protéine S.

Exemple de résultat :

La région RBD apparaît en orange et la région variable identifiée apparaît en sphères, le fragment d’ACE2 apparaît en bleu.

 

Étape 3 : Présentez vos résultats par un compte rendu numérique et exploitez ces résultats afin d’expliquer en quoi la protéine de surface S du SARS-CoV-2 est spécifique à ce virus. Puis en déduire pourquoi on ne peut pas utiliser un vaccin ou des anticorps, initialement conçus pour lutter contre un autre virus, pour empêcher le développement du SARS-CoV-2 responsable de la COVID-19.