Dans une étude récente publiée dans Communication Natureune équipe de chercheurs du Royaume-Uni (Royaume-Uni) a évalué la structure et les caractéristiques de liaison aux récepteurs de la variante alpha (B.1.1.7) et bêta (B.1.351) du coronavirus du syndrome respiratoire aigu sévère 2 (SRAS-CoV-2) pointe les protéines pour comprendre de manière exhaustive l’évolution du SRAS-CoV-2 chez l’hôte humain.
Les glycoprotéines de pointe du SRAS-CoV-2 se lient aux récepteurs de l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2) de l’hôte et interviennent dans la fusion de la membrane virale pour faciliter l’entrée dans les cellules hôtes. Plusieurs études ont démontré la substitution D614G à l’interface monomère-monomère du trimère de pointe SARS-CoV-2 qui a augmenté la probabilité que les protéines de pointe adoptent la conformation ouverte pour se lier avec compétence au récepteur ACE2.
La présente étude a confirmé et étendu cette observation et a fourni des informations sur les structures de pointe variantes du SRAS-CoV-2 avec les récepteurs liés. Les chercheurs ont directement comparé les pointes de pré-fusion des variantes alpha et bêta du SRAS-CoV-2 avec la souche originale de Wuhan et la variante D614G uniquement.
Étudier le design
Dans l’étude actuelle, des constructions de la pointe SARS-CoV-2 ont été obtenues par Genscript des constructions de l’ectodomain de la pointe SARS-CoV-2 Wuhan (résidus 1-1208). L’équipe a stabilisé les pointes variantes en utilisant le site de clivage de la furine ([PH]RAR).
Divers pics de variantes du SARS-CoV-2 obtenus ont été exprimés dans des cellules Expi293F et purifiés pour le pic D614G. L’interférométrie de la biocouche a été réalisée pour mesurer l’affinité des variants de pointe avec l’ectodomaine ACE2 humain. Les complexes ACE2-spike ont été préparés à l’aide de la microscopie cryo-électronique (Cryo-EM). Les données micrographiques de Cryo-EM ont été recueillies par le logiciel de l’unité de traitement électronique (EPU) sur les microscopes Titan krios. Les données collectées ont été traitées par MotionCor2 intégré dans RELION et raffinées dans cryoSPARC.
Résultats
Les chercheurs ont observé la protéine de pointe SARS-CoV-2 Alpha complexée avec ACE2 sous forme de trimères complets avec un site de furine intact. Cependant, une partie considérable des autres complexes spikes/ACE2 a été dissociée en monomères. Les protéines de pointe alpha trimériques étaient plus stables dans le complexe récepteur ACE2 par rapport aux pointes de Wuhan ou bêta. La pointe Alpha a été entièrement clivée dans les sous-unités S1 et S2 par rapport à la pointe de Wuhan. La substitution P681H dans la pointe Alpha a généré un simple site de clivage basique de la furine (HRRAR) qui a également été observé dans la pointe variante Omicron (B.1.1.529).
L’état trimérique du pic Alpha lié au récepteur peut être stabilisé par des substitutions D1118H et A570D sur les interfaces de l’inter-monomère. L’interférométrie de surface de la biocouche a révélé une augmentation de la liaison de l’ACE2 aux protéines de pointe des variantes alpha et bêta par rapport à la souche Wuhan. À partir de la substitution de N501Y dans le RBD, une augmentation de six fois et de deux fois de la force de liaison a été notée pour les pointes Alpha et Beta par rapport aux pointes de Wuhan. La pointe Alpha a conservé les ponts salins identiques à ceux de la pointe de Wuhan entre les résidus Lys-417 et Asp-30 à RBD et ACE2, respectivement. Cependant, la pointe bêta n’a pas de pont de sel équivalent car son RBD a acquis une substitution supplémentaire d’asparagine à 417 résidus.
Pour comprendre l’évolution de la liaison au récepteur, l’équipe a exprimé la pointe Alpha avec un résidu d’acide aspartique à 614 positions plutôt que le résidu de glycine. Ils ont noté que la substitution D614G qui s’est produite initialement dans l’évolution de la variante SARS-CoV-2 Wuhan, a continué à être présente dans les variantes Alpha et Beta. Les pointes alpha avec du G614D d’ingénierie ont montré une affinité de liaison similaire à celle des pointes de Wuhan. Les chercheurs ont également montré que la substitution Y453F dans le RBD du pic de vison augmentait l’affinité pour l’ACE2 uniquement si le résidu 614 était de la glycine mais pas de l’acide aspartique.
Les études CryoEM de la structure de la pointe bêta ont montré que tous les trimères adoptaient une conformation ouverte avec une forme ouverte de la variante bêta plus stable par rapport à la forme ouverte de la variante Wuhan. L’ouverture de la pointe bêta a été induite par la substitution de K417 sur le fond G614 qui a également été observée dans la pointe de la variante Omicron.
Les chercheurs ont observé que la pointe Alpha entièrement clivée était plus stable sous forme de trimère lié au récepteur par rapport aux pointes Wuhan et Beta. De plus, les pointes Kappa et Delta ont montré une substitution P681R et Omicron a montré une substitution P681H qui a augmenté la stabilité de ces pointes sous forme liée au récepteur et donc augmenté la transmissibilité.
Les données de liaison des variantes et des constructions machinées ont montré que pour les changements de liaison de récepteur plus serrés dans le RBD, la substitution D614G était une condition préalable qui a augmenté les sites de liaison RBD et amélioré la liaison du SRAS-CoV-2 aux cellules hôtes.
Conclusion
Les découvertes de l’étude ont expliqué différentes voies de l’évolution SARS-CoV-2 pour réaliser la boîte de vitesses plus élevée chez l’homme. Ils ont également fourni des informations sur les structures des glycoprotéines de pointe du SRAS-CoV-2 des variantes alpha et bêta.
L’étude a révélé diverses caractéristiques acquises par les pointes de la variante SARS-CoV-2 au cours de l’évolution pour optimiser l’interaction avec l’hôte. Celles-ci incluent la promotion des formes ouvertes des protéines de pointe, une stabilité accrue dans la pré-fusion-conformation de la pointe trimérique liée au récepteur ACE2 et une liaison plus étroite aux récepteurs qui expliquent l’infectivité accrue des nouvelles variantes du SRAS-CoV-2.
