Paludisme : une nouvelle cible identifiée pour bloquer l’infection du foie par des anticorps

Le parasite responsable du paludisme doit d’abord infecter le foie avant de pouvoir provoquer la maladie. Des scientifiques du Département des sciences pharmaceutiques (Université d’Anvers) et du Centre d’immunologie et des maladies infectieuses (Sorbonne Université, Inserm, CNRS) ont combiné modélisation structurale, microscopie électronique, diffusion des rayons X aux petits angles à SOLEIL et tests de neutralisation par des anticorps pour étudier deux protéines clés des sporozoïtes de Plasmodium, P36 et P52. 

Leurs résultats suggèrent que P36 et P52 forment un complexe pouvant être ciblé par des anticorps neutralisants, empêchant ainsi l’infection des cellules hépatiques. Ces protéines pourraient donc constituer des cibles prometteuses pour le développement de nouvelles stratégies antipaludiques.

Le paludisme est provoqué par des parasites du genre Plasmodium, transmis par la piqûre de moustiques infectés du genre Anopheles, qui injectent dans la peau de l’hôte des formes parasitaires appelées sporozoïtes (SPZ). Ces sporozoïtes migrent ensuite vers le foie, qu’ils infectent, et y entament un premier cycle de multiplication. Les sporozoïtes et les stades hépatiques du parasite sont depuis longtemps considérés comme des cibles privilégiées pour le développement de vaccins contre le paludisme, car agir à ces étapes peut empêcher l’apparition de la maladie.

Au cours de son cycle de vie, le parasite exprime à sa surface de nombreuses protéines spécifiques de chaque stade, impliquées dans différents processus essentiels au parasite. La principale protéine de surface des sporozoïtes, la protéine circumsporozoïte (CSP), est la cible des vaccins contre le paludisme et des traitements préventifs à base d’anticorps actuellement approuvés. Des études menées chez la souris ont montré que les anticorps dirigés contre CSP assurent principalement leur protection en bloquant le parasite au niveau de la peau. Cependant, certains des anticorps les plus efficaces protègent également contre le parasite présent dans le sang et dans le foie. D’autres protéines des sporozoïtes, intervenant à différentes étapes du processus infectieux, pourraient ainsi constituer des cibles supplémentaires pour obtenir une protection contre le paludisme.

Trois protéines de la famille dite « à six cystéines », P36, P52 et B9, jouent un rôle essentiel lors de l’invasion des cellules hépatiques par les sporozoïtes. Leur fonction, ainsi que leur capacité à être ciblées par des anticorps neutralisants, restaient toutefois mal comprises. Pour répondre à ces questions, les chercheurs ont combiné des techniques avancées de biologie structurale avec des expériences fonctionnelles menées sur un modèle murin du paludisme.

La prédiction de structures protéiques fondée sur l’intelligence artificielle, associée à des données structurales expérimentales obtenues par microscopie électronique (figure 1) et par diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS, réalisée sur la ligne de lumière SWING de SOLEIL ; figure 2), suggère que P36 et P52 interagissent pour former un hétérodimère. 

 

Figure 1 : Micrographies de microscopie électronique en coloration négative de la protéine de fusion P52-P36 de P. falciparum montrant la présence de particules dont la forme et les dimensions sont compatibles avec le modèle de prédiction AlphaFold (indiquées par les carrés noirs).

Celui-ci présente une organisation « tête-bêche », avec une zone de contact entre les deux protéines largement conservée chez différentes espèces de Plasmodium.
 

Figure 2 : Analyse SEC-SAXS de la protéine de fusion P52-P36 de P. falciparum. À gauche : données expérimentales (noir), marges d’erreur (gris) et ajustements correspondant à un ensemble conformationnel prenant en compte la flexibilité (orange). À droite : ensemble conformationnel obtenu pour la protéine de fusion P52-P36 de P. falciparum.


Les modèles structuraux de l’hétérodimère ont ensuite guidé la conception d’expériences dans lesquelles, après avoir ajouté un épitope-étiquette (« tag ») à des hétérodimères P36-P52, soit à l’extrémité située à proximité de la membrane du parasite, soit à l’extrémité opposée, les deux types d’hétérodimères tagués étaient ensuite exposés à des anticorps dirigés contre ce tag. Les tests de neutralisation ont montré qu’en conditions de culture, les anticorps ciblant les protéines P36 et P52 portant un tag du côté opposé à la membrane pouvaient bloquer efficacement l’invasion des cellules hépatiques (figure 3).
 

Figure 3 : Schéma illustrant les deux sites de liaison possibles des anticorps sur l'hétérodimère, en fonction de la position du marqueur, ainsi que l'effet inhibiteur — ou non — de ces anticorps sur l'invasion des cellules hépatiques.



Ces résultats montrent que l’efficacité inhibitrice des anticorps dirigés contre l’étiquette dépend fortement de la position de celle-ci. Ils révèlent également que les régions vulnérables accessibles aux anticorps se situent du côté du complexe P36-P52 opposé à la membrane. En revanche, les anticorps dirigés contre la protéine B9 portant une étiquette n’ont eu aucun effet inhibiteur sur l’invasion des sporozoïtes, quelle que soit la position de cette étiquette.

De nombreuses questions demeurent concernant la relation entre la structure et la fonction de P36 et P52. L’obtention d’une structure à haute résolution du complexe serait notamment précieuse pour mieux comprendre son fonctionnement. Ces résultats montrent néanmoins que l’étape d’invasion du foie peut être ciblée par des anticorps et suggèrent que le complexe P36-P52 pourrait constituer une cible intéressante pour le développement de nouveaux vaccins contre le paludisme ciblant le stade hépatique, ou de traitements à base d’anticorps.