A Severe COVID-19-associated hNTPDase2 Variant is Enzymatically Inactive

Dans le monde microscopique de nos corps, les cellules communiquent constamment par des signaux chimiques, dont certains sont construits à partir de molécules appelées nucléotides. Parmi celles-ci, une molécule connue sous le nom d'ATP agit comme un puissant signal capable de déclencher l'inflammation, sonnant essentiellement l'alarme pour convoquer le système immunitaire sur un site de blessure ou d'infection. En temps normal, le corps dispose d'une équipe de nettoyage sophistiquée composée d'enzymes qui décomposent ces signaux une fois qu'ils ont accompli leur tâche, empêchant ainsi l'alarme de sonner trop fort ou trop longtemps. Une telle enzyme, appelée hNTPDase2, est située à la surface de certaines cellules et agit comme une paire de ciseaux spécialisée, découpant l'ATP et les molécules similaires pour maintenir leurs niveaux sous contrôle. Lorsque ce système fonctionne correctement, l'inflammation est contrôlée et contenue. Cependant, lorsque les niveaux de ces molécules de signalisation deviennent trop élevés, comme on l'observe dans les cas graves de maladies respiratoires, la réponse immunitaire hyperactive qui en résulte peut endommager les tissus mêmes qu'elle tente de protéger.

Les chercheurs savent depuis longtemps que les patients souffrant de formes graves de la COVID-19 présentent souvent des niveaux dangereusement élevés de ces molécules de signalisation extracellulaires. Une étude récente publiée par une équipe de l'Université Laval, au Canada, examine une variation génétique spécifique trouvée chez certains de ces patients, qui pourrait expliquer pourquoi leur corps n'a pas réussi à réguler ce processus. Les scientifiques se sont concentrés sur une minuscule erreur dans le code génétique de l'enzyme hNTPDase2, une mutation qui avait été signalée dans les bases de données médicales comme étant potentiellement nocive. En recréant cette variante génétique spécifique en laboratoire, l'équipe a découvert que la mutation détruit complètement la capacité de l'enzyme à fonctionner. Leurs conclusions suggèrent que les individus porteurs de cette faille génétique manquent de la paire de ciseaux moléculaires nécessaire pour éliminer l'excès d'ATP, laissant potentiellement leurs voies respiratoires dans un état d'inflammation incontrôlée qui aggrave la gravité de la maladie.

L'étude a débuté par un examen approfondi d'une séquence génétique spécifique trouvée chez des patients atteints de COVID-19 grave. Les chercheurs ont identifié une seule lettre manquante dans les instructions d'ADN de l'enzyme hNTPDase2. Dans le langage de la génétique, cette petite délétion provoque un décalage dans la lecture de toute la séquence restante, un peu comme si l'on retirait une seule lettre d'une phrase et que l'on changeait le sens de chaque mot qui suit. Ce décalage entraîne la création d'un signal d'arrêt prématuré, faisant en sorte que le corps construise une protéine nettement plus courte que la version complète. Au lieu des 495 blocs de construction habituels, ou acides aminés, la protéine mutée s'arrête à 408. Cette troncature est critique car elle coupe l'extrémité même de la protéine, supprimant une section connue sous le nom de domaine transmembranaire C-terminal ainsi que plusieurs autres parties essentielles à la tâche de l'enzyme.

Pour comprendre exactement ce que cette erreur génétique signifiait pour la fonction de l'enzyme, les scientifiques ont recréé la mutation dans un cadre de laboratoire. Ils ont utilisé une technique appelée mutagenèse dirigée pour introduire la même délétion d'une seule lettre dans une séquence d'ADN qu'ils avaient clonée, créant une version de l'enzyme qu'ils ont nommée hN2COV. Ils ont ensuite inséré ce code génétique dans des cellules vivantes, spécifiquement une lignée de cellules de hamster souvent utilisée pour la production de protéines, afin de voir si les cellules construiraient l'enzyme défectueuse. Pour s'assurer de pouvoir suivre la protéine, ils ont ajouté une petite étiquette moléculaire à l'extrémité des versions normales et mutées. L'équipe a confirmé que les cellules produisaient bien les instructions d'ARNm pour la protéine mutante, prouvant que le code génétique était lu. Cependant, lorsqu'ils ont cherché la protéine réelle à l'aide d'anticorps conçus pour reconnaître l'enzyme normale, ils ne l'ont pas trouvée. Cela suggérait que la protéine mutée était soit instable, soit suffisamment différente structurellement pour que les outils de détection standards ne puissent la reconnaître.

Les chercheurs se sont ensuite tournés vers une méthode plus directe pour voir si l'enzyme mutante pouvait encore accomplir son travail. Ils ont mesuré la capacité de l'enzyme à décomposer l'ATP, l'ADP, l'UTP et l'UDP, les quatre principales molécules qu'elle est censée traiter. En utilisant un test chimique standard qui détecte la libération de phosphate lors de la décomposition de ces molécules, ils ont comparé les performances de l'enzyme normale contre la version mutante. Les résultats étaient frappants et définitifs. L'enzyme normale décompose efficacement l'ATP et l'UTP, comme prévu. En revanche, la hN2COV mutante ne présentait aucune activité détectable. Elle était totalement incapable de décomposer l'un des quatre substrats. Cela a confirmé que la mutation n'était pas seulement un petit bug, mais une perte totale de fonction, rendant l'enzyme inutile.

La raison de cet échec total réside dans les parties spécifiques de la protéine qui ont été perdues. La queue manquante de l'enzyme contenait un acide aminé crucial, la Cystéine 399, qui est connue pour former un pont chimique avec une autre partie de la protéine afin de maintenir sa forme. Sans ce pont, l'enzyme ne peut pas se replier correctement. La section manquante comprenait également un site où des molécules de sucre sont normalement attachées, un processus essentiel à la pleine activité de l'enzyme, ainsi que d'autres résidus qui aident l'enzyme à saisir ses molécules cibles. L'équipe a noté que la mutation remplaçait la queue naturelle manquante par une courte chaîne aléatoire de 18 nouveaux acides aminés qui n'appartiennent à aucune famille de protéines connue, n'offrant aucune chance que l'enzyme puisse acquérir une nouvelle fonction pour compenser la perte.

Les implications de cette découverte dépassent le cadre du laboratoire. Bien que l'enzyme ne soit pas présente dans les cellules sanguines qui circulent dans tout le corps, elle est présente dans le revêtement des voies respiratoires, y compris le nez et les bronches. C'est précisément l'endroit où le virus responsable de la COVID-19 pénètre et attaque le corps pour la première fois. Dans d'autres infections respiratoires, comme la grippe, des niveaux élevés d'ATP dans les voies respiratoires ont été liés à un gonflement et à une accumulation de fluides sévères. Les chercheurs proposent que chez les patients présentant cette mutation génétique spécifique, l'absence de hNTPDase2 fonctionnelle dans les voies respiratoires signifie que l'excès d'ATP généré pendant l'infection virale ne peut pas être éliminé. Cette accumulation maintient probablement l'alarme immunitaire trop forte, entraînant une réponse inflammatoire plus agressive et dommageable qui contribue à la gravité de la maladie.

L'étude ne prétend pas que cette mutation est la seule cause de la COVID-19 grave, ni suggère que chaque patient présentant des symptômes graves porte cette faille génétique spécifique. Au lieu de cela, ce travail fournit une explication mécaniste claire de la raison pour laquelle la maladie pourrait être plus grave chez un sous-groupe d'individus. En démontant que cette variante est enzymatiquement inactive, les chercheurs ont identifié une vulnérabilité biologique potentielle. Les conclusions suggèrent que la perturbation de la signalisation des nucléotides dans les voies respiratoires pourrait être un facteur local qui aggrave la maladie, pointant vers une zone spécifique où les mécanismes de défense naturels du corps ont échoué. Cette analyse offre une image plus claire du paysage biologique dans les cas graves et souligne l'importance des variations génétiques dans la manière dont les individus réagissent aux infections respiratoires.