Intérêt de l’étude des récepteurs cellulaires pour la lutte contre les affections virales : mémorandum d’une réunion de l’OMS

Bulletin de l'Organisation mondiale de la Sante, 64 (1): 57-61 (1986) § Organisation mondiale de a Sante 1986 Interet de 1'etude des recepteurs cellulaires pour la lutte contre les affections virales: Memorandum d'une Reunion de l'OMS* Le present Memorandum fait le point des progres scientifiques r6cents en matiere d'identification et de caracterisation des recepteurs cellulaires aux virus et envisage leur application possible d la lutte contre les maladies virales. Ce domaine de la recherche en virologie devrait deboucher sur une meilleure comprehension des mecanismes de la pathoge'nicite' virale, ouvrant la voie a de nouveaux reactifs ou a de nouvelles methodes de diagnostic etjetant les bases d'un developpement rationnel des medicaments et des vaccins antiviraux. Le Memorandum fait le bilan des progres r&alises dans la ddtermination de la structure des r&kepteurs cellulaires auxpicornavirus humains (notamment poliovirus, virus coxsackie et rhinovirus), ainsi qu'aux virus grippaux et reovirus. CONSIDERATIONS GENERALES Les virus presentent une specificite d'espece, d'organe ou de cellule qui se manifeste par leur capacite a se multiplier a ces differents niveaux. I1 est probable qu'un certain nombre de facteurs regissant l'interaction entre la particule virale et la cellule cible interviennent pour limiter la multiplication du virus. L'interaction initiale implique l'attachement du virion au moyen de ses propres sites de liaison (VAS ou sites d'attachement du virion) aux recepteurs correspondants situes sur la membrane cellulaire. La suite des evenements comprend la penetration intra- cellulaire, la replication de l'information genetique, l'assemblage et la liberation finale des particules infectieuses. Les recepteurs cellulaires aux virus sont des structures qui jouent vraisemblablement un r6le dans le fonctionnement physiologique normal de la cellule. I1 s'agit probablement de structures mobiles de la membrane cellulaire qui sont soumises a un renouvellement permanent. La nature des recepteurs cellulaires aux virus est en general mal connue mais plusieurs recepteurs naturels, notamment a des hormones comme l'insu- line, a des neurotransmetteurs comme l'acetylcholine, ou a des proteines de transport comme les lipo- proteines de basse densite ont ete isoles et identifies sur le plan biochimique. Les techniques modernes rendent desormais possibles l'etude et la caracteri- sation des recepteurs cellulaires aux virus. * Le present Memorandum a ete redige par les personnes dont la liste figure a la page 61 au cours d'une Reunion qui s'est tenue a Geneve du I au 3 avril 1985. Les demandes de tires a part devront etre adress&es au chef du service des Maladies a Virus, Organisation mondiale de la Sante, 121 1 Geneve 27, Suisse. La version anglaise du pr6sent Memorandum a e publi6e dans le Bulletin de l'Organisation mondiale de la Sante, 63 (6): 1009-1012 (1985). L'etude des recepteurs cellulaires aux virus et des sites de liaison correspondants sur la particule virale (VAS) pourrait permettre d'expliquer certains traits particuliers de la pathogenicite virale tels que le tropisme tissulaire et la specificite vis-a-vis de certaines especes. Elle pourrait egalement deboucher sur des strategies de lutte contre les affections virales, basees sur une intervention specifique au niveau de l'etape initiale de la fixation du virus a la cellule. Le fait que certains virus, appartenant a un groupe taxonomique defini (genre ou espece) possedent souvent un recepteur specifique commun malgre un polymorphisme antigenique considerable, revet dans ce contexte une importance capitale. C'est ainsi que les trois serotypes de poliovirus utilisent un recepteur cellulaire commun. Dans ces conditions, il devrait etre possible d'agir contre plusieurs serotypes dis- tincts d'un virus au sein d'un meme groupe taxono- mique au moyen d'un seul agent antiviral. A l'oppose, l'immunoprophylaxie necessite des vaccins poly- valents (vaccin antipoliomyelitique, vaccins anti- grippaux). I1 se pourrait que la specificite des sites d'attachement viraux d'un virus donne soit a l'abri de l'evolution naturelle progressive, telle qu'elle se produit par exemple dans le cas des structures antig6niques. On pense que les interactions moleculaires entre les sites d'attachement viraux et les recepteurs cellulaires sont specifiques pour un virus et une cellule donnes. Cependant, il est possible que des souches virales voisines ou les variants d'une population donn6e soient capables de reconnaitre des recepteurs cellu- laires presentant des structures moleculaires ana- logues ou legerement differentes. Par consequent, la saturation d'un groupe de recepteurs laisse encore la possiblite a des virus variants de penetrer dans les 4635 57- 58 MEMORANDUM cellules par une autre voie d'acces tres voisine. On a d'ailleurs montre qu'il existe des mutants chez les virus grippaux et les virus Sendai qui sont susceptibles d'utiliser des recepteurs differents. Certains virus peuvent s'introduire dans la cellule hote par un mecanisme qui n'implique pas la liaison a des recepteurs specifiques. C'est ainsi que la fixation des immuncomplexes du virus de la dengue s'effectue par des interactions avec les recepteurs du fragment Fc de l'anticorps a la surface du macrophage. Les virus qui penetrent dans les cellules par de tels meca- nismes non specifiques n'entrent pas dans le cadre du present article. IDENTIFICATION DES RECEPTEURS L'adsorption des virus sur les cellules hotes d'origine animale s'effectue grace a une proteine de liaison qui se fixe sur les constituants de la membrane cellulaire. En principe, la structure reconnue par la proteine de liaison du virus peut etre soit une proteine de la surface cellulaire, soit un groupement poly- osidique d'une glycoproteine ou d'un glycolipide, soit des molecules de la double couche lipidique. Pour identifier les recepteurs cellulaires, on a en general recours A des immunoglobulines specifiques (telles que les anticorps monoclonaux ou les anticorps anti- idiotypes), au fractionnement des cellules en com- poses identifiables par leur liaison possible avec les virus, a la modification enzymatique des glyco- proteines membranaires par suite de la fixation du virus et enfin aux inhibiteurs specifiques de l'interaction virus-cellule hote. Un certain nombre de virus semblent reconnaitre des proteines ayant un role physiologique connu, par exemple le virus rabique peut se fixer sur le recepteur de l'acetylcholine, le virus d'Epstein-Barr sur le recepteur de la fraction C3 du complement et les reovirus sur les recepteurs beta- adr6nfrgiques. D'autres virus semblent se lier a des proteines de structure non encore definie. Les virus de ce type qui ont et etudies en detail lors de la presente reunion sont les poliovirus, les virus coxsackie, les rhinovirus et les reovirus. Parmi les virus utilisant des glycoproteines de membrane comme recepteurs, on peut citer les myxovirus, les paramyxovirus et les virus du polyome. Parmi eux, c'est le virus grippal qui a ete eudie le plus en detail. Le lecteur pourra se reporter aux differentes mises au point consacrees a l'etude des recepteurs viraux.a-d a CROWELL, R. L. & LANDAU, B. J. Comparative virology, 18: 1 (1983). b DIMMOCK, N. J. Journal ofgeneral virology, 59: 1 (1982). LONBERG-HOLM, K. & PHILIPSON, L. In: Blough, H. A. & Tiffany, J. M., red, Cell membranes and viral envelopes, New York, Academic Press, 1980, pp. 789-848. d TARDIEU, M. ET AL. International review of cytology, 80: 27 (1982). Recepteurs aux picornavirus La specificite des recepteurs aux differentes especes de picornavirus est visiblement tres bien correlee avec la classification taxonomique fondee sur la gamme d'hotes et la pathogenie. Un certain nombre de techniques preliminaires ont ete elaborees en vue de l'identification des recepteurs cellulaires aux poliovirus. C'est ainsi que des anti- corps monoclonaux diriges contre les determinants membranaires des cellules Hep 2c (cellules en lignee continue d'origine humaine) ont ete obtenus; ces anti- corps bloquent de facon specifique I'adsorption du virus et l'infection des cellules par les trois serotypes de poliovirus sans modifier l'affinite vis-a-vis des autres especes virales. Ces anticorps se sont reveles tout aussi actifs sur des cellules d'origine humaine que sur des cellules de primates vis-a-vis de divers poliovirus virulents ou non. Des essais sont en cours en vue d'identifier le site du recepteur cellulaire a l'aide d'anticorps monoclonaux. II a ete montre que les virus coxsackie du groupe B se liaient specifiquement a une proteine de la membrane plasmique isolee de cellules Hela. C'est la stabilite du complexe virus-recepteurs en presence d'agents tensio-actifs qui a permis la purification de cette proteine. Apres iodation du complexe et desin- tegration des virus, on a pu montrer que la proteine receptrice ainsi liberee etait capable de se lier aux virus coxsackie BI et B3 mais non au poliovirus. I1 est possible qu'il ne s'agisse la que d'un des fragments d'un site recepteur complexe; sa masse moleculaire relative (Mr) est d'environ 50 000. On a decrit un anticorps monoclonal capable de bloquer les recepteurs cellulaires aux virus cox- sackie Bl, B3, B5, A21 et a l'echovirus 6, a l'excep- tion de ceux qu'utilisent 16 autres picornavirus. Cet anticorps semble inhiber I'adsorption d'une grande variete de virus qui, selon d'autres criteres, paraissent utiliser d'autres sites recepteurs. On a tente d'isoler et d'identifier la proteine a laquelle se lie I'anticorps monoclonal. Toutefois, il n'y a pas de reaction d'im- munoprecipitation par cet anticorps du recepteur proteique de masse moleculaire 50 000 precedem- ment decrit. Les participants a la reunion sont convenus qu'il serait d'un grand interet de constituer une banque d'anticorps monoclonaux diriges contre les recep- teurs cellulaires aux differents picornavirus afin de pousser plus avant l'etude structurale de ces recepteurs cellulaires. Recepteurs aux rdovirus On a montre que I'anti-idiotype d'un anticorps monoclonal dirige contre la proteine sigma un de la RECEPTEURS CELLULAIRES ET LUTTE CONTRE LES AFFECTIONS VIRALES surface des reovirus type 3, et qui en neutralise le pouvoir infectieux, etait capable de se lier aux cellules nerveuses et aux lymphocytes d'une maniere qui rappelle les interactions avec les reovirus d'origine. II apparaft donc que l'anti-idiotype reconnalt les recepteurs aux reovirus presents a la surface de la cellule et on a montre qu'il produisait chez l'animal une immunite specifique vis-a-vis du serotype en cause. Une proteine de Mr 67 000 a e isolee de la membrane de cellules; elle reagit avec l'anticorps anti-idiotype dirige contre la proteine sigma un du reovirus 3 et semble donc constituer le recepteur cellulaire a ce virus. Nombre de travaux montrent que le recepteur beta- adrenergique est une proteine de Mr 67 000, precipi- table par l'anticorps dirige contre le recepteur au reo- virus 3. Apres purification, le recepteur aux reovirus (isole au moyen de l'anticorps anti-idiotype) et le recepteur beta-adrenergique (isole du poumon de veau) se sont r&veles sensiblement identiques quant a leur masse moleculaire et a leur point isoelectrique. En outre, la digestion trypsique des deux recepteurs donne des resultats similaires. Re'cepteurs aux virus grippaux Grace a l'hemagglutinine glycoproteique de leur enveloppe, les virus grippaux se fixent au niveau des acides sialiques presents sur les recepteurs de la sur- face cellulaire. La configuration tridimensionnelle de la molecule d'hemagglutinine est connue de facon tres detaillee, ce qui fait du virus grippal un modele unique pour l'etude des recepteurs. En utilisant des erythrocytes traites de facon a presenter au niveau de leur membrane une sequence precise de sialooligo- saccharides, il a ete possible de montrer que les virus grippaux presentent une grande diversite dans la reconnaissance des determinants. En etudiant la correlation entre la specificite des differents virus grippaux A pour les recepteurs cellulaires et les especes animales dont ils sont isoles, on constate que les differentes especes peuvent operer une selection parmi les variants viraux. La possibilite d'une telle selection par inhibition de l'infection a l'aide de glycoproteines solubles et adsorption differentielle sur les recepteurs cellulaires a e mise en evidence in vitro. La region de la molecule d'hemagglutinine qui intervient dans la liaison avec le recepteur se situe au niveau du domaine globulaire distal de chaque sous- unite HAI, laquelle possede dans sa structure une "poche" dont la composition en acides amines est conservee d'une souche a l'autre, en particulier la tyrosine en position 98, le tryptophanne en 153, et l'histidine en 183 a partir de l'extremite N terminale de HA1. La preuve directe de la participation de cette poche a la liaison avec I'acide sialique a ete obtenue par I'analyse de la structure primaire de mutants qui reconnaissent I'acide sialique dans differentes liai- sons, soit a2:3, soit a2:6, au niveau de I'avant- dernier residu de la chaine polyosidique laterale. Le seul residu qui distingue ces mutants est I'acide amine en position 226, qui peut etre soit la leucine (liaison a2:6) soit la glutamine (a2:3). Ce residu se trouve a proximite immediate des acides amines constants du site de liaison. L'importance d'une analyse detaillee de la specifi- cite des recepteurs du virus grippal et des mecanismes par lesquels s'opere la selection des differents variants des recepteurs xeniques, tient a ce qu'elle devrait permettre le developpement rationnel de substances medicamenteuses capables de faire obstacle 'a l'infection virale en bloquant I'adsorption des virus et pourrait ouvrir des perspectives nouvelles pour la mise au point de vaccins. L'emplacement des sites de liaison aux anticorps inhibant l'hemagglutination correspond bien a la description du site d'attachement 'a 'acide sialique, puisque ces sites entourent la poche, notamment au niveau de la boucle en saillie (region antigenique A), ainsi que de la boucle et de la courte hMlice alpha situees 'a lextremite de la molecule (region anti- genique B). En outre, on voit bien que les sites anti- geniques et les sites d'attachement 'a 'acide sialique sont interdependants, car des modifications inter- venant au niveau de la poche de liaison de I'acide sialique peuvent affecter directement l'antigenicite de l'hemagglutinine. Les etudes effectuees sur les virus grippaux B, A (HINI) et A (H3N2) ont revele 1'existence d'une cause encore insoupconnee de variabilite antigenique chez ces virus. Des virus grippaux isoles de malades et cultives sur oeuf se sont ainsi reveles antigeniquement differents des virus cultives exclusivement sur cellules de mammiferes (rein de chien). Les virus de ces deux provenances different sensiblement par leur aptitude a donner des reactions d'inhibition de l'hemag- glutination ou de neutralisation avec une serie d'anti- corps monoclonaux antihemagglutinine. En effet, certains de ces anticorps reagissent exclusivement avec les virus avianises tandis que les autres ne reagissent qu'avec les virus qui se multiplies en cellules de mammifere. Selon qu'ils sont cultives sur ceuf ou sur cellules de mammifere, les virus presentent egalement des differences profondes dans leur maniere de reagir avec les anticorps seriques humains, ceux-ci etant deceles beaucoup plus frequemment et a des taux seriques plus eleves pour les virus cultives sur cellules de mammifere que pour les virus avianises. La structure moleculaire inter- venant dans la selection operee vis-A-vis des cellules hotes a e analysee. Des virus provenant d'un meme echantillon clinique mais cultives sur ceuf ou sur 59 MEMORANDUM cellules mammaliennes se distinguent par un seul, ou, dans quelques cas, par deux acides amines situes au niveau de l'extremite distale de la sous-unite HA1. Ces observations ont d'importantes consequences sur le plan pratique etant donnee que les virus grippaux sont presque toujours cultives dans la cavite allan- toidienne de l'ceuf de poule embryonne avant leur caracterisation antigenique, A des fins epidemio- logiques, pour la surveillance ou en vue de la preparation de vaccins. L'explication en est probablement que la culture sur ceuf de ces virus isoles sur des cas cliniques opere une selection des recepteurs mutants avec modifi- cation simultanee de I'antigenicite due A la proximite du site antigenique et du site de liaison au recepteur au niveau de l'extremite de la molecule d'hemagglu- tinine. PRIORITES DE LA RECHERCHE ET CONSEQUENCES POUR LA LUTTE CONTRE LES MALADIES Si l'interaction des proteines de liaison virales et des recepteurs cellulaires est connue un peu en detail chez certains virus, il reste beaucoup de choses a elucider en ce qui concerne la liaison virus-cellules, meme dans le cas des systemes les mieux connus. Les anticorps specifiques des recepteurs aux virus devraient etre d'un grand interet pour l'identification de ces sites selon les methodes decrites plus haut. Une meilleure connaissance de la structure conformation- nelle fine des proteines virales, grace auxquelles les virus se fixent au recepteur cellulaire, devrait permettre de preciser les modalites de l'interaction entre virus et cellules. Le clonage et le sequencage des genes codant pour les recepteurs, dans le cas oui ces recepteurs sont des proteines, contribueront A l'identification de la structure cellulaire precise qui intervient dans la liaison avec le virus. Parallelement, l'analyse fine de la specificite qui se manifeste dans la reconnaissance du groupe glucidique, par l'utilisation de substrats naturels ou synthetiques, pourrait per- mettre une meilleure connaissance des recepteurs de nature osidique. Les etudes debouchant sur la caracterisation bio- chimique et structurale des sites d'attachement viraux et de leurs recepteurs cellulaires pourraient etre mises A profit pour developper divers aspects de la recherche sur les agents antiviraux. Elles pourraient, en particulier, conduire A la mise au point de nouveaux produits immunoprophylactiques et de nouveaux vaccins ainsi que de medicaments anti- viraux et de reactifs de diagnostic. Des anticorps monoclonaux diriges contre les recepteurs cellulaires de nombreux groupes de virus ont e recemment prepares. Ces anticorps se sont reveles capables dans certains cas de prevenir l'infection de cellules receptives. 11 serait important de determiner si les anticorps antirecepteurs pre- munissent l'hote sain contre une infection virale ou reduisent simplement l'effet pathogene. Le probleme peut etre modelise sur l'animal. Toutefois, les immunoglobulines anti-recepteurs que l'on pourrait utiliser en pratique courante chez l'homme pour l'immunisation passive devront probablement etre d'origine humaine. Une connaissance detaillee de la nature des sites d'attachement viraux ainsi que de la distribution et de la variabilite des recepteurs cellulaires peut conduire a developper rationnellement de nouveaux vaccins prepares a partir de virus vivants attenues dont la specificite pour les recepteurs soit modulee avec precision. Des molecules possedant vis-a-vis des virus la meme sp&ificite que leurs recepteurs cellulaires ou des analogues de ces recepteurs pourraient etre pre- parees par synthese chimique ou par les methodes du genie genetique et etre evaluees en tant qu'agents anti- viraux sp6cifiques. Certains virus sont utilisables comme sondes pour l'analyse de la surface cellulaire et l'isolement de recepteurs cellulaires specifiques dotes de proprite's physiologiques et pharmacologiques. Certains pro- duits (agonistes et antagonistes) ayant des actions pharmacologiques bien definies sur les recepteurs hormonaux pourraient etre etudies sur le plan d'une activite antivirale eventuelle en attendant que soit precis le r6le des recepteurs hormonaux comme recepteurs cellulaires aux virus. Les anticorps specifiques des recepteurs cellulaires aux virus pourraient se reveler des reactifs de diagnostic virologique efficaces. C'est ainsi qu'on a prepare des anticorps monoclonaux qui bloquent specifiquement la replication des trois serotypes de poliovirus ainsi que celle des multiples serotypes de rhinovirus. Ces reactifs pourraient etre utilises pour l'identification des groupes de virus et dispenseraient ainsi du recours A des anticorps neutralisants sp6cifiques. RECOMMANDATIONS 1) Du fait que l'identification et la caracterisation des recepteurs cellulaires aux virus offrent la possibilite de nouvelles voies dans la mise au point des vaccins viraux et la conception d'agents antiviraux, il conviendrait de reunir periodiquement des experts au niveau international pour passer en revue les progres realises dans ce domaine et recenser les applications pratiques eventuelles en matiere de lutte contre les infections virales. 2) II faudrait encourager la collaboration et l'change d'informations au niveau international 60 RtCEPTEURS CELLULAIRES ET LUTTE CONTRE LES AFFECTIONS VIRALES entre les chercheurs qui etudient les recepteurs cellu- laires aux differents groupes de virus, en particulier ceux qui sont importants en medecine humaine. 3) Les chercheurs travaillant dans ce domaine devraient etre incites a proceder a des echanges de reactifs appropries, par exemple des anticorps monoclonaux diriges contre les recepteurs cellulaires a des virus determines. 4) Outre les etudes consacrees aux picornavirus, aux virus grippaux et aux reovirus, il conviendrait d'encourager les travaux visant a l'identification des recepteurs a d'autres virus d'interet medical, notam- ment ceux qui provoquent des enteropathies aigues (par exemple, les rotavirus), des affections respira- toires aigues (virus respiratoire syncytial) ou certaines fievres hemorragiques (par exemple, le virus de la dengue) ainsi que les virus neurotropes (par exemple, virus de 1'encephalite japonaise). 5) II conviendrait egalement d'encourager les etudes visant a determiner dans quelle mesure la specificite d'un meme recepteur cellulaire est partagee par un grand nombre de serotypes distincts au sein d'un groupe de virus (par exemple, les enterovirus et adenovirus humains). 6) 11 serait souhaitable enfin d'etudier la possibilite d'une collaboration benefique entre les chercheurs qui travaillent sur les recepteurs viraux et ceux qui s'interessent A d'autres secteurs de la biologie cellulaire et notamment aux recepteurs physio- logiques. * * R. L. Crowell, Department of Microbiology and Immunology, Hahnemann University, Phila- delphie, PA, Etats-Unis d'Amerique B. Fields, Department of Microbiology and Molecular Genetics, Harvard Medical School, Boston, MA, Etats-Unis d'Amerique P. Minor, National Institute for Biological Stan- dards and Control, Hampstead, Londres, Angle- terre E. C. J. Norrby, Departement de Virologie, Institut Karolinska, Laboratoire bacteriologique d'Etat, Stockholm, Suede (President) J. C. Paulson, Department of Biological Chemistry, University of California, School of Medicine, Los Angeles, CA, Etats-Unis d'Amerique J. J. Skehel, Division of Virology, National Institute for Medical Research, Mill Hill, Londres, Angleterre G. C. Schild, Division of Viral Products, National Institute for Biological Standards and Control, Hampstead, Londres, Angleterre (Rapporteur) Secretariat de I'OMS F. Assaad, Division des Maladies transmissibles, OMS, Geneve, Suisse T. Bektimirov, Maladies A Virus, OMS, Geneve, Suisse 61