Le TEMPOL, un oxydant puissant contre la COVID-19

Comme tous les virus, le SARS-CoV-2 se multiplie afin de diffuser son matériel génétique. Au cours de son cycle de réplication, certaines protéines non-structurales (nsp7, 8, 12) s’assemblent pour former la polymérase virale (RNA-dependent RNA polymerase, RdRp), qui permet la transcription et la réplication du génome viral. Elle interagit avec une autre protéine virale, l’hélicase (nsp13), située en amont, qui « ouvre » le matériel génétique pour préparer sa réplication. De manière générale, l’architecture de ces enzymes est maintenue par la présence de cofacteurs non-organiques (ions métalliques).

Puisqu’on connaît déjà certains de ces cofacteurs, des scientifiques américains du National Institute of Health (NIH) ont recherché parmi les protéines du SARS-CoV-2 celles qui pourraient incorporer le composé chimique sulfure de fer (Fe-S). Pour cela, ils ont utilisé un modèle prédictif fondé sur la séquence des protéines. Dans la protéine nsp12, site actif de la RdRp, ils ont repéré deux sites LYR (leucine-arginine-tyrosine) et ont montré in vitro qu’ils sont nécessaires pour l’interaction avec la protéine chaperonne HSC20, impliquée dans le métabolisme cellulaire du Fe-S. Dans les cellules, cette interaction est transitoire et nécessite l’intervention d’autres protéines (HSPA9, ISCU, NFS1, CIA) pour permettre à la RdRp de mobiliser du fer.

Des approches structurales et biochimiques ont ensuite montré que la polymérase abrite des agrégats Fe-S, l’un, coordonné par le motif C487-H642-C645-C646 (cluster II), au niveau du site catalytique de l’enzyme, et un autre par le motif d’interface H295-C301-C306-C310 (cluster I).

Des approches fonctionnelles montrent que le cluster II est essentiel à l’activité enzymatique de la RdRp, alors que le cluster I permet son interaction avec l’hélicase. A la différence de précédentes études, ces chercheurs ont travaillé en conditions anaérobies (en absence d’oxygène), afin de ne pas oxyder les clusters Fe-S. En conditions aérobies (présence d’oxygène), ils sont dégradés et remplacés par du zinc.

Ces chercheurs ont alors interrogé les oxydants connus. Parmi ceux-là, le TEMPOL est très puissant (nitroxyde) et fait perdre ses deux clusters ainsi que l’activité catalytique de la RdRp purifiée. Les chercheurs ont montré que le TEMPOL n’affecte ni le métabolisme respiratoire des cellules, ni l’interaction de la RdRp avec le Fe-S intracellulaire. De plus, il est peu toxique pour les cellules. Parmi les oxydants ayant des effets similaires, le TEMPOL est le plus puissant et peut bloquer l’activité de la RdRp en synergie avec le remdesivir, molécule antivirale (analogue nucléosidique) utilisée lors de thérapies COVID-19. Pour finir, le TEMPOL se montre très efficace pour bloquer l’infection virale in vitro (souche de Wuhan).

Cette étude fournit donc des bases structurales et fonctionnelles qui encouragent à explorer une nouvelle voie, celle des nitroxydes et en particulier le TEMPOL, dans le traitement de la COVID-19.