Les inhibiteurs de GSK-3 sont prometteurs dans le traitement des infections à coronavirus

Des chercheurs aux États-Unis ont suggéré une nouvelle approche pour traiter l'infection par des coronavirus tels que le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2) - l'agent qui cause la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19).

L'étude a montré que l'inhibition de la phosphorylation d'une protéine structurelle clé exprimée sur les coronavirus altère l'infection par le SRAS-CoV-2 dans les cellules épithéliales pulmonaires humaines.

L'équipe a utilisé des inhibiteurs de la protéine de la cellule hôte glycogène synthase kinase 3 (GSK-3) pour bloquer la phosphorylation de la protéine de la nucléocapside du SRAS-CoV-2 qui est essentielle à la réplication du coronavirus.

Les chercheurs ont également démontré que le lithium inhibiteur de GSK-3 était associé à un risque considérablement réduit de COVID-19

« Cibler GSK-3 peut donc fournir une thérapie antivirale pour le COVID-19 et pour les infections à coronavirus qui pourraient survenir à l'avenir, », déclare Peter Klein de l'Université de Pennsylvanie et ses collègues.

Une version pré-imprimée du document de recherche est disponible sur le site medRxiv * serveur, tandis que l'article est soumis à un examen par les pairs.

Étude :Cibler la protéine nucléocapside du coronavirus par l'inhibition de GSK-3 . Crédit d'image :Droneandy/Shutterstock

Des épidémies de coronavirus sont susceptibles de se produire à l'avenir

Klein et ses collègues avertissent qu'étant donné les épidémies majeures de coronavirus qui se sont produites au cours des deux dernières décennies, il est probable que d'autres foyers se produiront à l'avenir.

« En plus du développement de vaccins efficaces, des stratégies antivirales qui ciblent les mécanismes conservés dans la réplication et la transmission du coronavirus peuvent être nécessaires pour le COVID-19 et les futures épidémies potentielles de coronavirus, " ils disent.

Que sait-on déjà de la protéine de la nucléocapside ?

La protéine de la nucléocapside (N) est essentielle à la réplication du coronavirus, transcription et assemblage.

Cependant, La protéine N exprimée par le virus SARS-CoV-1 (qui a provoqué l'épidémie de SRAS en 2002-2004) nécessite une phosphorylation par la cellule hôte GSK-3 au niveau du domaine arginine-sérine (RS).

Par ailleurs, le lithium inhibiteur de GSK-3, qui est déjà une thérapie courante pour le trouble bipolaire, altère la réplication de divers coronavirus, y compris SARS-CoV-1, virus de la diarrhée épidémique porcine, et le virus de la gastro-entérite transmissible.

« Interférer avec la dépendance conservée de la protéine N sur la protéine hôte GSK-3 peut être une approche viable pour traiter le COVID-19 et les futures épidémies potentielles de coronavirus, », écrit Klein et l'équipe.

Des études ont déjà montré qu'en dépit du fait que la protéine N du SRAS-CoV-1 ne partage que 20 à 30 % d'identité de séquence avec les protéines N de nombreux autres coronavirus, tous les virus ont un domaine RS qui se situe entre les domaines conservés N-terminaux et C-terminaux.

Le domaine RS de la protéine SARS-CoV-1 N comprend des motifs répétés (SXXXS) qui sont fréquemment associés à la phosphorylation de GSK-3.

Par ailleurs, une étude a récemment révélé que la protéine SARS-CoV-2 N est hautement phosphorylée dans le domaine RS. Cependant, aucune étude à ce jour n'a testé si GSK-3 phosphoryle la protéine SARS-CoV-2 N ou si le lithium exerce un effet antiviral contre le SARS-CoV-2.

Qu'ont fait les chercheurs ?

Maintenant, Klein et ses collègues ont montré que le domaine RS de la protéine SARS-CoV-2 N est similaire à 90 % à celui de la protéine SARS-CoV-1 N et qu'ils contiennent chacun deux ensembles de trois motifs SXXXS.

Bien que les séquences de protéines N d'autres coronavirus divergent, l'équipe a également montré qu'ils conservent toujours les motifs SXXXS.

« Comme nous trouvons des sites consensus GSK-3 dans les protéines N de divers coronavirus, Les inhibiteurs de GSK-3 peuvent également être une thérapie antivirale efficace dans d'autres infections à coronavirus, y compris ceux qui pourraient survenir à l'avenir, », disent les chercheurs.

Prochain, Klein et ses collègues ont testé les effets de divers inhibiteurs de GSK-3 sur la protéine N du SRAS-CoV-2 exprimée dans les cellules 293T de rein embryonnaire humain.

Ils ont découvert que le chlorure de lithium et plusieurs autres inhibiteurs de la GSK-3 à petites molécules, y compris CHIR99021, AR-A014418, et Enzastaurine, tous ont inhibé la phosphorylation de N, soutenant fortement que GSK-3 est essentiel pour la phosphorylation de la protéine N.

Par ailleurs, l'équipe a découvert que l'inhibiteur de GSK-3 CHIR99021 altère également la réplication du SRAS-CoV-2 dans la lignée cellulaire dérivée de l'épithélium pulmonaire humain Calu-3 .

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L'inhibiteur de GSK-3 bloque la réplication dans les cellules infectées par le SRAS-CoV2 :A. Analyse dose-réponse de cellules Calu-3 traitées avec les inhibiteurs de GSK-3 CHIR99021 ou Enzastaurin (UPenn). Les cellules ont été traitées avec le médicament aux concentrations indiquées, puis inoculées avec le SRAS-CoV-2. Les cellules ont été fixées à 48hpi et le nombre total de cellules (vert) et le pourcentage d'infection virale (bleu) détectés par immunofluorescence pour l'ARNdb ont été évalués. B. Les cellules Calu-3 ont été traitées avec le véhicule ou les concentrations indiquées de CHIR99021, inoculé avec le SARS-CoV-2, fixé à 48 hpi, et la protéine Spike a été détectée par immunofluorescence (UCLA). L'enzastaurine n'a eu aucun effet sur l'infection virale dans les cellules Calu-3.

Tester si le lithium réduit le risque de COVID-19

Le lithium étant déjà largement utilisé pour traiter les troubles bipolaires, les chercheurs ont étudié si les patients prenant du lithium couraient un risque réduit de développer le COVID-19, par rapport à la population générale.

Ils ont mené une analyse rétrospective des données de trois grands systèmes de santé aux États-Unis.

Les chercheurs ont inclus des données pour 121, 589 personnes du système de santé de l'Université de Pennsylvanie (UPHS), 115, 073 du Centre médical du Mont Sinaï (MSMC), et 102, 420 des hôpitaux et cliniques de l'Université de l'Iowa (UIHC). Tous les patients avaient été testés pour le SRAS-CoV-2 par amplification en chaîne par polymérase (PCR) en février 2021.

Parmi ces individus, 8, 856 (7,2%) patients de l'UPHS, dix, 597 (9,2%) patients de MSMC, et 16, 170 (15,8%) patients de l'UIHC ont été confirmés positifs au SRAS-CoV-2.

Dans les trois systèmes de santé, 7% des patients qui prenaient du lithium ont développé COVID-19, contre 15 % dans la population générale.

Par ailleurs, une méta-analyse des données utilisant un modèle à effets aléatoires a montré que les patients prenant du lithium étaient 49% moins susceptibles de développer COVID-19 que les patients qui ne prenaient pas de lithium.

Qu'ont conclu les auteurs ?

L'équipe propose que l'inhibition de la phosphorylation de la protéine N sous-tend l'activité antivirale du lithium et d'autres inhibiteurs de GSK-3 contre le SRAS-CoV-2.

« Le développement d'inhibiteurs de GSK-3 qui inhibent de manière sûre et efficace la phosphorylation de N est une approche potentielle prometteuse pour contrôler le SRAS-CoV-2 et d'autres infections à coronavirus qui pourraient survenir à l'avenir, », déclare Klein et ses collègues.

Les chercheurs soulignent également que l'approche est basée sur un mécanisme clair et utilise des des médicaments bien tolérés qui pourraient être rapidement réutilisés pour COVID-19.

*Avis important

medRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, donc, ne doit pas être considéré comme concluant, guider la pratique clinique/le comportement lié à la santé, ou traités comme des informations établies.

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