Histoire du COVID-19 – C5 : Infectiosité et réplication hors norme du SARS-Cov2

Les propriétés d'infectiosité et de réplication hors norme du SARS-Cov2 sont-elles à l'origine de la paranoïa de nos élites gouvernementales ?

A l'heure où un second confinement qui sera pénible et dévastateur pour l'économie de la France commence, on peut se demander si une paranoïa n'a pas gagné nos gouvernants en ce qui concerne la possible résilience pandémique au long court du SARS-Cov2. Au cœur du problème se trouve une capacité extraordinaire du virus à réparer son génome et à infecter les cellules.

Partie 1.  Fonctionnement des coronavirus à SARS de 2002 et 2019

Comme le SARS-Cov de 2002-2003 (à présent appelé également SARS-Cov1), le SARS-Cov2 apparu fin 2019 est un virus potentiellement très résilient grâce à une propriété d'auto-réparation de son génome. C'est  une caractéristique exceptionnelle absolument unique chez les virus qui permet à son  extraordinaire ARN polymérase, d'être dix fois plus rapide que celle des autres virus. A cela s'ajoute une capacité accrue à reconnaître le récepteur de pénétration cellulaire ACE2 par l'intermédiaire d'une protéine de l'enveloppe virale  (hémagglutinine estérase) abusivement appelée « seconde clé » de façon journalistique anxiogène. En fait, cette protéine non essentielle en apparence permet au virus de mieux adhérer aux cellules hôtes augmentant les chances de la protéine S de reconnaître le récepteur de pénétration cellulaire. Cette d'aide à la pénétration cellulaire n'est pas unique au SARS-Cov2, on la retrouve dans de nombreux virus super infectieux comme le virus Ebola, le VIH et les souches hautement pathogènes de la grippe aviaire.

De façon générale, les betacoronavirus, dont font partie le SARS-Cov1 (2002) et le SARS-Cov2 (2019), sont des virus dits à ARN non segmenté de polarité positive. Ces termes de jargon scientifique sont peu parlants et a priori rébarbatifs pour le public mais il ont une grande importance car ils correspondent à des caractéristiques essentielles qui conditionnent le mode de réplication de ces virus et nous éclairent sur ce qui peut inquiéter dans les milieux informés (dont font partis nos gouvernants).

Sur le plan de l'assemblage moléculaire

Tous les coronavirus possèdent une double enveloppe protéique encapsulant du matériel génétique sous forme d'ARN (acide ribo-nucléique) dit ARN au lieu d'ADN (acide désoxyribonucléique) classique qui constitue le code génétique de l'intégralité des espèces du monde vivant et également d'un certain nombre de virus. Dans le cas des coronavirus cet ARN se présente sous la forme d'un seul brin non segmenté. La polarité + de ce brin signifie qu'il va être directement transcrit en protéines par l'intermédiaire des ribosomes (organites cellulaires) comme de l'ARN messager classique. Dans certains autres types de virus, l'ARN est de polarité - ce qui signifie qu'il doit être transcrit en ARN + (par une transcriptase spécialisée) avant d'être transcrit en protéines.

Les protéines structurales

Trois protéines virales sont ancrées dans l'enveloppe virale : la protéine spicule (S), qui lui donne son aspect en couronne et son nom la protéine de membrane (M) la protéine d’enveloppe (E).

Les protéines M et E sont impliquées dans l'assemblage viral et la sécrétion. La protéine S s'assemble en trimères à la surface des virions et joue un rôle-clé dans l’entrée du virus dans la cellule-cible. Elle est constituée de deux domaines, le domaine S1 responsable de la liaison du virus à son récepteur et le domaine S2 responsable de la fusion de l’enveloppe virale avec une membrane cellulaire.

La fusion est activée par des protéases cellulaires par clivage de la protéine S. La protéine de membrane M est la plus abondante de l’enveloppe et joue un rôle majeur dans l’assemblage du virion. La petite protéine d’enveloppe E a un rôle dans la sécrétion des virions.

La capside virale est formée par la nucléoproteine (N) qui encapsule le génome viral. Le coronavirus SARS-CoV-2 utilise comme porte d’entrée dans les cellules qu’il infecte une molécule présente à leur surface : l'enzyme trans-membranaire ACE2 qui se comporte comme un récepteur pour le virus. L’entrée du SARS-CoV-2 dans les cellules cibles nécessite l’activation de la protéine S présente à la surface du virus.

Finalement l'hémagglutinine estérase (HE), une protéine de surface, est impliquée dans le mécanisme de pénétration cellulaire en permettant l'adhérence du virus sur la surface des cellules hôtes.

Les récepteurs ACE2 sont présents sur les cellules qui tapissent l’intérieur des alvéoles pulmonaires également sur l’intestin grêle et à un degré moindre sur le gros intestin et le foie.

Les protéines non-structurales (réplicases)

Les protéines non-structurales codées par les cadres de lecture ouverts (ORF1a et ORF1b) sont au nombre de 16 (nsp1 à nsp16). Elles participent à la réplication du génome du virus et la régulation de ce processus mais également potentiellement à un mécanisme d'évasion immunitaire (nsp3, nsp13, nsp15, nsp16).

Les facteurs accessoires ou auxiliaires

En plus des gènes classiquement conservés à travers les coronavirus, la présence de 6 gènes additionnels a été identifiée à l'extrémité 3' du SARS-Cov1 de 2002 (ORF 3a, 3b, 6 7a,7b, 8a, 8b et 9b). Ce sont des protéines accessoires (facteurs accessoires ou dits auxiliaires) dont les fonctions distinctes précises restent très mal connues mais sont globalement impliquées dans l'abaissement ou la suppression de la réponse immunitaire.

Le SARS-Cov2 encode une série identique de facteurs accessoires supplémentaires 3a, 3b, 6, 7a, 7b, 8, 9b, très semblable au SARS-Cov1 avec un degré d'identité troublant pour certains facteurs.

La protéine codée par l'ORF3a participerait au blocage de la signalisation des interférons, via la régulation négative de l’expression d’IFNAR (rôle de la protéine ORF3a du SARS-CoV-1) et de la phosphorylation de STAT-1 (par la protéine nsp3).

L'ORF3b et l'ORF6 sont des antagonistes démontrés de l'INF-1.

Le facteur codé par l'ORF7a, une petite protéine composée de 122 acides aminés, partage 100% d'identité avec celui du SARS-Cov1. La fonction de cette protéine de type trans-membranaire reste totalement inconnue en raison du fait que malgré un type de repliement commun à 180 autres protéines connues sa composition en acide aminé est si différente que sa fonction ne peut être inférée par comparaison.

Le rôle de l'ORF7b est jusqu'ici inconnu, probablement à la fois auxiliaire et structural.

La protéine de SARS-CoV2 codée par l'ORF8 montre une homologie de séquence de moins de 20% par rapport à celle de l'ORF8 trouvé sur le SARS-CoV-1 et est donc hautement divergente. Il a été proposé que l'ORF8 pouvait nuire à la  fonction immunitaire de l'hôte de plusieurs façons. Les études ont montré que l'ORF8 du SAR-CoV-2 (mais pas celui du SARS-CoV-1), entraîne une suppression des complexes majeurs d'histocompatibilité (MHC-1) un élément essentiel de la réponse immunitaire. La sur-expression exogène de l'ORF8 perturbe également la signalisation de l'interféron 1 (IFN-1) un médiateur de la réponse immunitaire.

La protéine de l'ORF9b (sous unité du gène nucléocapside ORF9) est un suppresseur de l'interféron-1 par l'intermédiaire de la formation d'un complexe avec la protéine TM70 intermédiaire de signalisation indispensable dans la réaction immunitaire innée.

Nous voyons donc que le SARS-Cov2 par l'organisation de son génome, l'assemblage de sa structure tridimensionnelle, et la présence d'une série quasi-identique de facteurs auxiliaires situés à l'extrémité 3' de son ARN est extrêmement semblable au SARS-Cov1 avec lequel il partage 82% d'identité (ndlr : clarification de l'auteur) de séquence en ce qui concerne les nucléotides codant les gènes, c'est à dire l'ensemble des protéines que nous venons de décrire. Cependant, si on inclut les parties non codantes du génome le pourcentage d'identité tombe à 79%. Ce relativement faible pourcentage a été un prétexte en début d'épidémie à l'affirmation répandue que ce virus était différent. Mais il s'agit d'une distance évolutive sur le plan phylogénique et non pas sur le plan de la structure et du fonctionnement du SARS-Cov2, comme nous venons de le voir. De plus, il partage avec le SARS-Cov1 une capacité de réparation de son ARN unique parmi les coronavirus ce qui le rend encore plus proche de celui-ci.

Sur le plan du génome et du mode de réplication du SARS-Cov2

De façon générale, sur le plan moléculaire, l'ARN est très proche de l'ADN dont il est une copie sur une courte longueur. Il correspond à quelques gènes seulement, souvent uniquement un, correspondant à la synthèse d'une ou plusieurs protéines. Dans le fonctionnement des cellules il est l'intermédiaire moléculaire indispensable qui permet l'expression des gènes. Dans toutes les cellules eucaryotes (c'est à dire l'essentiel du monde vivant), l'ARN est généré dans le noyau sous forme de simples brins au lieu de double hélice comme l'ADN. Cependant, dans certaines circonstances il peut aussi former aussi des doubles hélices. Du fait qu'il est exprimé sous forme de simple brin et qu'il n'est pas à proprement parlé le vrai code génétique, il n'y a pas de mécanisme cellulaire de réparation de l'ARN, la réparation des gènes se faisant par l'intermédiaire d'enzymes spécialisées directement au niveau de l'ADN. Sa réparation s'effectue grâce au fait qu'il est sous forme de double hélice. Les 2 brins de la double hélice d'ADN étant complémentaires l'un de l'autre, si l'un des 2 brins seulement est endommagé, c'est-à-dire lorsqu'un des nucléotides composant un filament (brin) moléculaire d'ADN est manquant (cassure) ou ne correspond pas au nucléotides complémentaire, ou est corrompu chimiquement, alors des enzymes spécialisées entrent en jeu pour réparer le brin endommagé en se servant de l'autre brin comme référence pour la réparation. Des mécanismes sont également prévus pour la rupture double brin, fort heureusement plus rare car beaucoup plus dangereuse pour la survie saine de la cellule.

A noter que les endommagements ou ruptures de brin peuvent être causés par les enzymes responsables de la traduction et de la réplication des gènes mais avec une probabilité plus faible cependant que ceux causés par le métabolisme cellulaire normal produisant du stress d'oxydation, source de nombreux dommages. Les rayonnements ultraviolets (UV) et les radiations ionisantes ou les agents chimiques génotoxiques sont également la source de rupture simple ou double de l'ADN. Ces dernières étant les plus dangereuse car pouvant déclencher une réplication anormale des cellules qui ont perdu une partie de leur génome (cassure double brin non réparée) ou ont muté (cassure double brin mal réparée).   

Du fait que l'ARN est produit et circule majoritairement sous forme simple brin non réparable, s'ajoute une instabilité chimique intrinsèque due à ce qu'une des briques essentielles de sa structure moléculaire est la molécule de ribose moins stable que le désoxyribose. Par conséquence, et contrairement au virus à ADN, les virus à ARN présentent des taux de mutation élevés au cours de leur réplication car la machinerie cellulaire ne prévoit pas leur réparation comme c'est le cas pour l'ADN.

Ces nombreuses mutations engendrent des variations dans leurs niveaux de contagiosité et de virulence qui sont observées entre des épidémies distinctes et également durant une même épidémie, comme c'est le cas du virus SARS-Cov2 causant la Covid-19. Comme nous le verrons dans le chapitre suivant, cette caractéristique particulière permet de tirer des conclusions intrigantes à propos du SARS-Cov2 par rapport au SARS-Cov1 de 2002-2003 qui remettent sérieusement en question le fait que le pangolin puisse être l'hôte intermédiaire et indiquent une adaptation très précoce du virus à l'homme.

C'est une particularité essentielle des virus à ARN de pouvoir se répliquer en se passant de code ADN. Cela tient au fait que les virions ne se répliquent pas eux-mêmes mais utilisent une partie de la machinerie cellulaire de leur hôte pour se reproduire.

L'ARN est en fait un élément intermédiaire dans l'expression d'un gène, entre l'ADN formant les chromosomes contenus dans le noyau de la cellule et la synthèse protéique se produisant en dehors du noyau dans le cytoplasme. Cette synthèse nécessite spécificité et production de masse. Dans le processus d'expression des gènes encodés par l'ADN (stable sous forme de double hélice), de l'ARN est synthétisé par une enzyme (l'ARN polymérase) sous forme de multiples brins identiques codant la même protéine ce qui permet leur production en grand nombre par les ribosomes, sorte de petites usines de fabrication, situés dans le cytoplasme.

Les coronavirus court-circuitent donc toute la phase d'expression génétique du noyau cellulaire en infestant directement le cytoplasme d'une cellule hôte dans lequel ils relarguent leur ARN, comme si c'était de l'ARN messager propre à la cellule. Il détourne les ribosomes pour fabriquer les protéines indispensables à la réplication virale et son encapsulation. Parmi ces protéines, une enzyme appelée ARN réplicase (ou ARN polymérase - ARN dépendante, RpRd) indispensable à la réplication de l'ARN viral est générée par les ribosomes. Le matériel génétique du virus code donc une protéine qui une fois exprimée dans la cellule hôte va permettre de répliquer son ARN.

Dans le détail le mécanisme de réplication d'un coronavirus peut se résumer ainsi :  « Le génome de polarité positive est traduit directement en une grande polyprotéine qui est ensuite clivée pour donner naissance à trois protéines P1, P2 et P3. La maturation de ces protéines virales fait intervenir plusieurs clivages en cascade. La région P1 contient l’information génétique codant pour les protéines de capside. Les régions P2 et P3 codent pour des protéines non structurales dont l’ARN polymérase-ARN dépendante ou réplicase. La réplicase va synthétiser un brin (-) pour aboutir à la forme réplicative constituée d’un brin (-) et d’un brin (+) appariés en double hélice. Le brin (-) va servir à la synthèse de nouveaux brins (+) toujours grâce à la réplicase dans un complexe appelé « intermédiaire de réplication ». Ces nouveaux brins (+) vont être encapsidés afin de former de nouveaux virions. »  Le virus s'assemble dans le réticulum endoplasmique, une structure en forme de réseau de canaux occupant l'espace dans le cytoplasme. Il est ensuite transporté par une vésicule vers la membrane plasmique qu'il traverse pour infecter une nouvelle cellule.

Sans l'ARN réplicase le virus n'a aucune possibilité de se reproduire dans le cytoplasme cellulaire. Elle est donc une cible pour des molécules thérapeutiques qui la bloqueraient ou en fausseraient le mécanisme de fonctionnement causant dans l'ARN viral des intercalations délétères de bases azotées chimiquement voisines mais différentes des nucléotides lui faisant perdre sa capacité de coder des protéines virales fonctionnelles. La grande difficulté dans l'établissement d'une telle drogue est que la rendre spécifique à 100% de l'ARN polymérase virale est extrêmement compliqué, voire pas envisageable. Il en résulte en pratique que toute molécule thérapeutique (comme le remdésivir) qui la ciblerait produirait également des effets délétères génotoxiques sur les cellules de l'hôte.