Un virus livre l'un de ses secrets de longue date à des chercheurs de l'université nationale de Singapour.

En décomposant le virus de la dengue en fragments peptidiques, puis en le réassemblant numériquement, les scientifiques identifient ses points sensibles.

Nous avons eu un printemps froid et humide dans le nord-est des États-Unis cette année. Avec la pluie, il y a eu de l'eau stagnante, et cette eau stagnante a été un terrain de reproduction pour la grande récolte de moustiques de cet été.

Pour nous, habitants de la Nouvelle-Angleterre, les moustiques sont surtout une nuisance ; pour les habitants d'autres régions du monde, en revanche, les moustiques sont synonymes de maladie et de mort.

La dengue est une maladie transmise par les moustiques responsable de milliers de décès et de dizaines de millions d'infections chaque année. Il s'agit d'une des nombreuses maladies infectieuses transmises par les moustiques, qui est l'une des principales causes de maladie et de décès à Porto Rico, en Amérique latine, en Asie du Sud-Est et dans les îles du Pacifique, selon les Centers for Disease Control (CDC) des États-Unis. Lorsqu'elle est détectée à un stade précoce chez les patients, un traitement rapide peut réduire considérablement le risque de complications médicales et de décès.

Une solution pour lutter contre la dengue consiste à éradiquer tous les moustiques. Étant donné qu'il existe 3 500 espèces de moustiques, cette idée risque de ne pas fonctionner. Un scientifique de Singapour a une autre idée, plus pratique, et les recherches de son équipe ouvrent de nouvelles voies de découverte.

Le Dr Ganesh Anand est biologiste structurel et professeur associé au département des sciences biologiques de l'université nationale de Singapour, un pays qui connaît bien la dengue. Aussi, lorsque l'équipe de recherche du Dr Anand a publié des articles dans Nature Communications et Structure, elle a suscité l'enthousiasme des chercheurs en maladies infectieuses en révélant quelque chose de nouveau sur les virus qui n'avait pas encore été compris.

La dengue : Une maladie endémique des tropiques qui recèle un secret

"La dengue est très répandue ici à Singapour. Je ne l'ai jamais contractée, mais je connais des étudiants qui l'ont fait. En Inde, où j'ai grandi, et dans le reste des régions tropicales, c'est un énorme problème. Si vous vous remettez de l'infection initiale, elle ne cause généralement pas de problèmes durables. Ce dont il faut se méfier, ce sont les secondes infections, qui peuvent mettre la vie en danger", explique le Dr Anand.

Plusieurs souches, ou sérotypes, du virus de la dengue existent dans la nature, mais elles ont tendance à avoir un point commun. "Si vous faites une recherche Google sur le virus, les images des particules virales sont remarquablement similaires", explique-t-il. "Elles ressemblent toutes à des structures très rigides, presque à des arrangements très compacts, semblables à des ballons de football".

Une question qui a toujours intrigué le Dr Anand est de savoir comment une particule apparemment rigide comme un virus, qui n'a pas d'organes sensoriels comme les yeux et les oreilles, se rend compte qu'elle a pénétré dans un hôte humain et qu'il est temps d'entrer dans sa phase infectieuse.

À sa surprise, et à sa fascination, la réponse à cette question est : la température.

Lorsqu'un moustique infecté pique sa victime, il transmet le virus de la dengue par ses glandes salivaires dans le sang de son hôte, ce qui déclenche une période d'incubation de plusieurs jours pendant laquelle le virus commence à se répliquer.

"La température d'un moustique à sang froid est de 28 degrés centigrades ou moins. À cette température, nous savons maintenant que le virus prend une forme très compacte, uniformément rigide, d'environ 500 angströms. Mais une fois que le virus pénètre dans son hôte humain, il atteint 37 degrés centigrades et prend une forme plus grande, plus rugueuse et non uniforme, exposant toutes ces lacunes à sa surface", explique le Dr Anand. "À notre grande surprise, il ne s'agit pas de roches rigides, mais d'entités très dynamiques. Pour nous, ce fut un grand moment "aha"."

Ce gonflement ou cette expansion de la capside du virus est irrégulier et les lacunes, ou vulnérabilités, qui apparaissent sur la surface tridimensionnelle ne sont pas faciles à repérer, même avec les microscopes les plus puissants. C'est là qu'intervient la spectrométrie de masse à mobilité ionique avec échange hydrogène-deutérium.

Visualiser la surface et les points chauds d'une particule virale par spectrométrie de masse

Le Dr Anand, qui connaît bien la spectrométrie de masse, a été le premier à utiliser une technique qui s'est avérée précieuse pour caractériser non seulement la façon dont les molécules sont assemblées, mais aussi leur forme.

"Nous avions déjà effectué de nombreux travaux sur les bactériophages inoffensifs en utilisant la spectrométrie de masse à mobilité ionique avec échange d'hydrogène et de deutérium (HDX-MS). Nous savions combien cette technique est précieuse pour étudier la dynamique des particules de bactériophages. Avant de décider de l'utiliser sur le virus de la dengue, nous savions donc à quoi nous attendre et quels défis nous allions probablement rencontrer", a-t-il déclaré.

Le Dr Anand explique le fonctionnement de HDX : "Nous prenons la particule virale et la réduisons en petits morceaux avec de la pepsine, puis nous suivons la quantité de deutérium échangée contre de l'hydrogène par les peptides fragmentés. Chacun de ces peptides représente des rapporteurs, qui vous indiquent où l'expansion se produit le plus et où se situe l'action. Grâce au logiciel de traitement des données, nous pouvons réassembler la particule virale et localiser avec précision les endroits de la surface où l'échange hydrogène-deutérium est le plus important. Ces sites représentent des vulnérabilités ou des cibles possibles. Nous les appelons les points chauds HDX", a-t-il déclaré.

"Une fois que nous disposons de ces informations, nous pouvons les superposer à la structure du virus et repérer les régions les plus chaudes, ou celles où l'échange de deutérium est le plus élevé. Les peptides sont donc d'excellents indicateurs pour étudier la dynamique des particules virales entières et effectuer toute sorte d'analyse de perturbation. Nous voyons maintenant une autre dimension à la façon dont un virus respire en solution".

Avec un échantillon difficile, la sensibilité de la spectrométrie de masse fait la différence

Comme l'explique le Dr Anand, il est difficile de travailler avec les virus. "Une contrainte majeure pour travailler avec des virus est qu'ils ont tendance à résister à la superconcentration et à s'agréger.

"La sensibilité du spectre de masse est une condition préalable à nos études et le spectromètre de masse SYNAPT G2-Si de Waters s'est avéré fantastique et essentiel pour nous permettre de visualiser les virus par HDX en raison de sa sensibilité exquise - nous n'avons jamais vraiment eu à atteindre des concentrations très élevées de particules virales en solution. Pour cette étude, nous avons utilisé des particules du virus de la dengue à une concentration équivalente à 0,25 mg/mL de la protéine E d'enveloppe, dont 180 copies forment l'enveloppe de chaque particule virale", a-t-il précisé.

"Sans le SYNAPT G2-Si, nous n'aurions pas pu faire ce que nous avons fait. Je tiens donc à souligner à quel point il est essentiel de disposer d'un instrument aussi sensible pour visualiser les virus par HDX." - Dr. Ganesh Anand

Quelle est la prochaine étape pour le virus de la dengue débloqué par le Dr Anand ?

"Nous pouvons donc maintenant commencer à exploiter certains de ces points chauds pour concevoir des thérapies ou des anticorps. Nous avons récemment publié l'épitope et le paratope d'un anticorps neutralisant qui trouve la protéine d'enveloppe du virus de la dengue. L'aspect puissant de cette histoire est que nous avons saisi la manière dont l'anticorps s'attaque à la totalité de la particule virale", a-t-il déclaré.

"Ce qui est fascinant, c'est que l'anticorps semble être suffisamment flexible pour s'engager dans la particule virale de la dengue et dans ses mouvements dynamiques lorsque le virus change en réponse à la température. En outre, la chaîne lourde seule de l'anticorps était suffisante pour s'engager et neutraliser le virus de la dengue. Cela offre de nombreuses possibilités intéressantes pour la conception de nouveaux anticorps. Il a toutes sortes d'implications thérapeutiques antivirales".

Les articles de l'équipe du Dr Anand parus dans Nature Communications - et maintenant dans Structure - ont suscité de nombreux débats et intérêts scientifiques. "Nous avons reçu de nombreux commentaires positifs du monde entier. Partout où j'ai donné des conférences, les virologues et les immunologistes de l'auditoire étaient stupéfaits et enthousiastes - personne n'associe la spectrométrie de masse à ce niveau de visualisation. Ils sont extrêmement conscients des implications pour le ciblage des virus de toutes sortes", a-t-il déclaré.

"Pour nous, le défi consiste donc à démontrer que, oui, nous pouvons exploiter ces points chauds, et éventuellement les cibler avec des anticorps neutralisants ou d'autres produits thérapeutiques. C'est le défi qui me tient éveillé la nuit."