Points clés
♦ Le lénacapavir est un nouveau médicament anti-VIH à action prolongée doté d'une activité antivirale extrêmement puissante.
♦ Son mode d'action connu consiste à bloquer l'infection par les virus qui pénètrent dans les cellules cibles. Un second mécanisme d'action avait été supposé pour expliquer sa puissante activité antivirale, mais sa nature restait inconnue.
♦ Cette étude a révélé que le lénacapavir provoque des anomalies dans la formation des particules du VIH, et que ce phénomène constitue son second mécanisme d'action antiviral.
♦ Des analyses reposant sur une technique de mesure de la taille des particules et sur la microscopie électronique ont montré que le lénacapavir rend les particules virales anormalement grandes, ce qui réduit le pouvoir infectieux du virus.
Résumé
Le lénacapavir (ci-après LEN) est un nouveau traitement à action prolongée qui inhibe puissamment la multiplication du VIH-1, le virus responsable du sida (syndrome d'immunodéficience acquise). Il cible la protéine de capside*1, qui forme l'ossature de la particule virale. Le LEN inhibe fortement la production de virus descendants en bloquant l'ensemble des étapes allant de l'entrée du virus dans la cellule cible jusqu'à l'intégration des gènes viraux dans le génome de cette cellule (phase précoce de la réplication). Toutefois, cette seule inhibition de la phase précoce ne suffisait pas à expliquer la puissante activité antivirale du LEN. L'existence d'un second mécanisme d'action était donc supposée, mais sa nature restait inconnue. Un groupe de recherche dirigé par le Dr Kazuaki Monde, Senior Lecturer à la Faculty of Life Sciences de la Kumamoto University, et le Dr Yasumasa Iwatani, professeur à la Hamamatsu University School of Medicine, a montré pour la première fois, grâce à des analyses mobilisant pleinement une technique de mesure de la taille des particules et la microscopie électronique, que le LEN se lie à la protéine précurseur de la capside*2 au cours de la formation des particules virales et favorise la formation de particules pseudo-virales géantes. Le groupe a constaté que ces particules anormales, grossies sous l'effet du LEN, pénètrent certes dans les cellules cibles, mais y sont non fonctionnelles et ont perdu leur pouvoir infectieux. Ces résultats approfondissent la compréhension du mécanisme d'action du LEN, dont le principe d'action est inédit, et devraient en outre fournir des pistes pour mettre au point, en appliquant ce principe, des antiviraux de nouvelle génération encore plus puissants.
Contexte et objectifs
Le virus de l'immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1 ; en anglais HIV-1, human immunodeficiency virus type 1), agent responsable du sida, possède à l'intérieur de sa particule virale un core de forme conique (structure en forme de cage renfermant les gènes viraux), indispensable à l'infection des cellules cibles. Ce core est constitué d'environ 200 molécules de la protéine de capside (CA) du virus. Le lénacapavir (ci-après LEN), nouveau médicament anti-VIH-1 récemment développé par la société américaine Gilead Sciences, Inc., est un traitement à action prolongée ciblant cette CA et doté d'une activité antivirale extrêmement élevée (voir la figure de référence). Jusqu'à présent, il avait été établi que le LEN agit en inhibant fortement la production de virus descendants par le blocage de l'ensemble des étapes allant de l'entrée du virus dans la cellule cible jusqu'à l'intégration des gènes viraux dans le génome chromosomique de la cellule (étapes appelées phase précoce de la réplication). Autrement dit, on considère qu'il inhibe soit le transport de la particule virale vers le noyau cellulaire, soit la libération des gènes viraux hors du core, deux étapes indispensables à l'établissement de l'infection. Cependant, cette seule inhibition de la phase précoce ne permettait pas d'expliquer entièrement la puissante activité antivirale du LEN ; l'existence d'un second mécanisme d'action était supposée, mais sa nature restait inconnue. Pour développer des médicaments surpassant le LEN, il est nécessaire d'élucider ce second mécanisme. La présente étude visait donc à mettre au jour la nature d'un second mécanisme, distinct de celui qui intervient dans la phase précoce.
Contenu de la recherche
Dans cette étude, les effets du LEN sur la phase tardive de la réplication du VIH-1 ont été analysés à l'aide de diverses méthodes. Il est apparu que l'effet inhibiteur du LEN variait fortement selon la méthode utilisée pour mesurer la quantité de virus. Le traitement par le LEN réduit la solubilité de la CA issue de la protéine précurseur de la capside (ci-après Gag), si bien que le dosage ELISA (dosage immuno-enzymatique) de la CA surestime l'effet inhibiteur du LEN sur la libération virale. En outre, le groupe a constaté qu'en présence du LEN, la maturation protéolytique (processing) de la protéine Gag intracellulaire par la protéase virale*3 est excessivement accélérée, et que ce phénomène entraîne une altération de la formation et de la libération de particules virales normales.
Il a également été montré que le traitement par le LEN entraîne la formation de nombreux agrégats (clusters) anormaux de Gag sur la membrane cellulaire. En combinant la photométrie de masse (mass photometry)*4, une technique de mesure de la taille des particules (voir la figure de référence A : analyse de la taille des particules), et l'analyse par microscopie électronique à transmission (MET)*5 (voir la figure de référence B : analyse par microscopie électronique), le groupe a découvert que le traitement par le LEN conduit à la formation de particules pseudo-virales géantes et hétérogènes, d'un diamètre supérieur à 200 nm (LEN-induced virus-like particles, ci-après LENiVLPs). Ces LENiVLPs contenaient Gag ainsi que des glycoprotéines d'enveloppe (protéines recouvrant la surface du virus), ce qui montre qu'il ne s'agit pas de simples agrégats de Gag, mais de structures issues du processus de formation des particules virales.
Par ailleurs, il est apparu que les LENiVLPs conservent leur capacité de fusion avec la membrane cellulaire, mais ne présentent aucun pouvoir infectieux. En effet, si les LENiVLPs conservent leur capacité à pénétrer dans les cellules cibles, les étapes de la réplication virale postérieures à l'entrée sont altérées. L'ensemble de ces résultats montre que le LEN agit non seulement sur la CA mature, mais aussi sur la protéine précurseur de la capside Gag en cours de formation des particules, qu'il induit une maturation anormale de Gag et une formation anormale des particules, et qu'il aboutit finalement à la formation de LENiVLPs géantes et non infectieuses. Cette étude met en évidence, en tant que second mécanisme d'action du LEN, un nouveau principe d'action au cours de la phase tardive de la réplication, et apporte de nouvelles connaissances sur les mécanismes d'action des médicaments anti-VIH ciblant la CA.
Perspectives
Il a été montré que le LEN fait grossir démesurément les particules virales et les rend non fonctionnelles en tant que virus. S'il est désormais établi que des anomalies surviennent dans l'assemblage de la protéine précurseur lors de la formation des particules, le mécanisme détaillé reste à élucider. Par exemple, les différences de mode de liaison (pharmacophore*6) du LEN à sa poche cible, qui sous-tendent les deux mécanismes d'action, n'ont pas encore été clarifiées et nécessitent des analyses de biologie structurale. Le groupe prévoit désormais d'identifier avec une plus grande précision les pharmacophores associés aux deux mécanismes d'action. Cela devrait favoriser la création de composés renforçant encore chacun de ces effets inhibiteurs, et accélérer l'amélioration et le développement de traitements plus puissants et moins sujets à l'apparition de résistances aux médicaments.
Glossaire
*1 Capside (CA)
Protéine constituant l'enveloppe protéique (core) située à l'intérieur de la particule du VIH-1 (voir la figure de référence). Elle protège l'information génétique du virus et joue un rôle important dans la multiplication du virus au sein de la cellule cible infectée. Le LEN agit en ciblant cette capside.
*2 Protéine précurseur de la capside (Gag)
Protéine précurseur dont dérivent les protéines nécessaires à la formation de la particule du VIH-1. Lors de la formation des particules virales, elle se rassemble au niveau de la membrane cellulaire et constitue la structure de base de la particule. Elle est ensuite clivée séquentiellement par la protéase virale, ce qui donne naissance à des particules virales matures.
*3 Protéase virale
Enzyme d'origine virale nécessaire pour cliver les protéines du VIH-1 aux sites appropriés et produire des particules virales matures et infectieuses.
*4 Photométrie de masse (mass photometry)
Technique de mesure de la taille de particules ultrafines. Elle mesure, particule par particule, la taille et la masse de particules telles que des particules virales en solution, en exploitant la diffusion de la lumière. Dans cette étude, cette technique, jusqu'alors utilisée dans d'autres domaines, a été appliquée à la détection et à l'analyse de particules pseudo-virales géantes.
*5 Microscope électronique à transmission (MET)
Appareil qui utilise un faisceau d'électrons pour observer à haute résolution des structures très petites, telles que des particules virales. Il permet d'analyser des structures fines impossibles à étudier avec un microscope optique classique.
*6 Pharmacophore
Concept désignant les caractéristiques moléculaires et leur agencement nécessaires pour qu'un médicament se lie à sa protéine cible et exerce son action, c'est-à-dire les caractéristiques tridimensionnelles du médicament lors de sa liaison. L'affinement du pharmacophore améliore la précision de la conception et de l'optimisation des composés inhibiteurs. Cette étude vise à contribuer au développement de médicaments plus efficaces en clarifiant les différences de mode de liaison du LEN lorsqu'il agit à différentes étapes de la réplication du VIH-1.
Revue
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS)
DOI : https://doi.org/10.1073/pnas.2609634123
Titre de l'article
Lenacapavir binding to immature Gag induces giant virions and causes protease-dependent inhibition of viral release
Auteurs
Wright Andrews Ofotsu Amesimeku, Yoshihiro Nakata, Nami Monde, Hiromi Terasawa, Hirotaka Ode, Hiroyuki Sasaki, Consolata Elias Rukondo, Takeshi Matsui, Perpetual Nyame, Md. Jakir Hossain, Akatsuki Saito, Tomohiro Sawa, Terumasa Ikeda, Yosuke Maeda, Yasumasa Iwatani, Kazuaki Monde
Groupe de recherche
Cette recherche a été menée en collaboration entre les établissements suivants : Department of Microbiology, Faculty of Life Sciences, Kumamoto University ; Department of Microbiology and Immunology, Hamamatsu University School of Medicine ; Laboratory for Viral Infection Control, Frontier Science Research Center, University of Miyazaki ; Department of Infectious Diseases and Immunology, Clinical Research Center, National Hospital Organization Nagoya Medical Center ; Laboratory for Evolutionary Cell Biology of the Skin, Cosmetics Course, School of Bioscience and Biotechnology, Tokyo University of Technology ; Joint Research Center for Human Retrovirus Infection, Kumamoto University.
Financement
Cette recherche a notamment bénéficié du soutien du Research Program on HIV/AIDS de la Japan Agency for Medical Research and Development (AMED) (25fk0410058h9903 et 26fk0410080h0001 : responsable Iwatani, co-investigateur Monde ; 19fk0410026h0001 et 24fk0410065h0001 : responsable Monde).
Contact pour les questions scientifiques
Kazuaki Monde, Senior Lecturer
Department of Microbiology, Faculty of Life Sciences, Kumamoto University (National University Corporation)
1-1-1 Honjo, Chuo-ku, Kumamoto 860-8556, Japon
Tél. : +81-96-373-5129 / E-mail : monde@kumamoto-u.ac.jp
Contact presse
Kumamoto University (National University Corporation)
Public Relations Strategy Office, General Affairs Division, General Affairs Department
Tél. : +81-96-342-3269
E-mail : sos-koho@jimu.kumamoto-u.ac.jp
