Des chercheurs de l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill ont mené une étude explorant comment la structuration spatiale de certaines régions d’ARN génomique dans le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) favorise le compactage, le conditionnement et la cyclisation du génome viral.
Le nouveau virus SRAS-CoV-2 est l’agent responsable de la pandémie de maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) qui continue de balayer le monde, posant une menace sans précédent pour la santé mondiale et l’économie mondiale.
Un défi important pour les virus tels que le SRAS-CoV-2 est l’empaquetage spécifique et efficace d’un grand génome dans une capside relativement petite tout en excluant les fragments sous-génomiques viraux et les acides nucléiques cellulaires.
La manière dont ces virus sélectionnent le génome à partir des ARN sous-génomiques que le virus et le transcriptome de l’hôte génèrent et parviennent à le compresser en un virion n’est pas encore claire.
Maintenant, en utilisant un modèle de polymère à gros grains, Amy Gladfelter et ses collègues ont montré qu’un processus appelé séparation de phase favorise des conditions qui favorisent un emballage singulier. Cependant, la disposition des séquences favorisant la séparation de phase aux extrémités du génome est cruciale pour le compactage du génome. Les éléments doivent également être positionnés aux deux extrémités du génome pour que la cyclisation se produise.
Les équipes affirment que les modèles présentés ici peuvent être applicables à d’autres virus et systèmes cellulaires qui impliquent de longues chaînes nucléotidiques et des protéines.
Une version pré-imprimée du papier est disponible sur le bioRxiv * serveur, tandis que l’article est soumis à un examen par les pairs.
L’extrémité 5 ¢ et l’ARN FE avec la protéine N ont un comportement de phase opposé. A) La protéine N est représentée sous la forme d’une chaîne à deux billes, la première bille participant à des interactions homotypiques isotropes et la deuxième bille participant à des interactions homotypiques anisotropes. Les segments d’ARN d’extrémité 5 ¢ et FE sont environ trois fois plus grands que la protéine N et sont représentés par six billes chacun. La protéine N interagit avec toutes les perles d’ARN à l’extrémité 5 ¢ via une liaison isotrope avec sa première bille, et elle interagit avec toutes les perles d’ARN FE via une liaison anisotrope avec sa deuxième bille. Cette interaction avec FE entre en compétition avec la dimérisation des N-protéines. B) La phase N-protéine se sépare (PS) dans une plage de concentration et de température étroite seule. C) La protéine N avec un ARN terminal à 5 ¢ à une température de 1 au phase se sépare dans une plage de concentration plus large que seule. D) La protéine N avec l’ARN FE à la température 1 au est solubilisée à des concentrations d’ARN FE suffisamment élevées.
Sommaire
Comprendre la réplication du coronavirus
La pandémie COVID-19 a inspiré de grands efforts de recherche pour comprendre les mécanismes sous-jacents à la réplication du coronavirus.
Les virus doivent conditionner sélectivement leurs grands génomes dans une capside relativement petite tout en excluant les acides nucléiques hôtes et les fragments sous-génomiques viraux.
Des études ont récemment démontré que les protéines virales nécessaires à l’empaquetage du génome peuvent subir un processus appelé séparation de phase liquide-liquide (LLPS), où une ou deux protéines qui se lient à l’acide nucléique viral se condensent avec le génome.
Dans le cas du SRAS-CoV-2, l’ARN génomique peut se condenser avec la protéine nucléocapside (N), une protéine essentielle à l’empaquetage du génome dans de nombreux virus.
Surtout, certaines régions de l’ARN génomique entraînent la condensation de la protéine N, tandis que d’autres la solubilisent.
Des travaux antérieurs de Gladfelter et de ses collègues ont montré que la protéine N subit une LLPS d’une manière spécifique à la séquence d’ARN dans différentes régions du génome.
«Remarquablement, les ARN de même longueur peuvent soit favoriser soit limiter la séparation de phase en fonction de leurs séquences», expliquent les chercheurs.
Ils ont découvert que les séquences de promotion de LLPS se trouvent aux extrémités 5 ¢ et 3 ¢ du génome. Cela a conduit l’équipe à émettre l’hypothèse que la séparation de phase pourrait être pertinente pour l’empaquetage puisque ces séquences se produisent spécifiquement sur le génome entier et ne se produiraient pas ensemble sur les acides nucléiques sous-génomiques ou hôtes.
En quoi consistait l’étude actuelle?
Les chercheurs ont utilisé un modèle de polymère à gros grains pour explorer comment la structuration spatiale des régions d’ARN promotrices ou inhibitrices de LLPS dans le génome pourrait favoriser l’empaquetage spécifique d’un seul génome.
Tout d’abord, l’équipe a analysé des parties du génome du SRAS-CoV-2 qui présentent un comportement de phase opposée une fois mélangées à la protéine N.
Les chercheurs ont montré que si les extrémités 5 ¢ et 3 ¢ du génome favorisent la séparation de phase, l’élément de décalage de cadre (FE) et les régions centrales solubilisent la protéine N.
Ensuite, l’équipe a examiné la structuration spatiale de ces éléments opposés dans un modèle génomique complet et les effets de cette structuration sur la séparation de phase et l’empaquetage, le compactage et la cyclisation d’un seul génome.
Le modèle a révélé que l’arrangement le plus optimal pour l’empaquetage et le compactage du génome était la localisation des éléments favorisant le LLPS aux extrémités 5 ¢ et 3 ¢ du génome et que cette localisation est nécessaire pour la cyclisation.
Applications futures du modèle
Les chercheurs affirment que le modèle peut éclairer les études futures sur la structuration spatiale des caractéristiques génomiques qui sont expérimentalement insolubles en raison de la grande taille du génome.
«Nous émettons l’hypothèse que ce modèle devrait être généralisable à plusieurs virus ainsi qu’aux organites cellulaires», écrivent-ils.
«Il a été démontré que les composants de plusieurs virus subissent une séparation de phase, ce qui soulève la possibilité que la configuration spatiale de séquences spécifiques d’ARN ou d’ADN favorisant le LLPS ait évolué pour favoriser un conditionnement optimal du génome dans d’autres virus en plus du SARS-CoV-2», conclut l’équipe.
*Avis important
bioRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, orienter la pratique clinique / les comportements liés à la santé ou être traités comme des informations établies.
