Un modèle de l’intermédiaire de fusion montre qu’il est très flexible et peut subir des changements significatifs dans sa conformation pour rechercher des membranes hôtes à capturer.
La protéine de pointe est la partie principale du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) responsable de l’infection. Il se compose de deux sous-unités S1 et S2. Lors de l’entrée du virus dans le corps humain, la sous-unité S1 aide le virus à se lier aux récepteurs de l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2) sur les cellules hôtes.
Après la liaison, on pense que les sous-unités S1 et S2 se dissocient, libérant S2, ce qui aide la fusion membranaire du virus à l’hôte. Cependant, avant que cela ne puisse se produire, S2 doit changer sa structure en forme intermédiaire de fusion (FI) pour permettre la fusion membranaire.
Le FI a trois peptides de fusion N-terminaux, qui sont insérés dans la membrane de la cellule hôte. Ensuite, les membranes sont repliées, facilitant la fusion, et le génome du virus entre par le pore de fusion.
Cependant, on ne sait pas grand-chose de l’IF, en particulier de sa structure. L’un des défis est la courte durée de vie de l’IF. Le manque de données expérimentales rend difficile toute étude informatique de l’intermédiaire. Une meilleure compréhension du fonctionnement du processus de fusion dans le SRAS-CoV-2 peut aider à développer de meilleures thérapies pour lutter contre les variantes émergentes.
Modèle de l’intermédiaire de fusion de protéine de pointe de SARS-CoV-2 (a) Modèle de l’intermédiaire de fusion (FI) de la protéine de pointe de CoV-2 (S), schéma. Un protomère du trimère S est montré. Schémas des états S2 pré et postfusion à partir des structures connues, autres que des régions inconnues (encadré). Détails de BH et des domaines adjacents, à droite. Après la dissociation de S2 de S1, les boucles HR1 de pré-fusion non structurées deviennent hélicoïdales (libération de ressort chargé), donnant le squelette HR1-CH qui pousse les FP vers la membrane de la cellule hôte. Le FI se replie ensuite dans la structure postfusion, entraîné par des changements structurels dans RFH et chaperonné par GP, avec RFH et HR2 fournissant des laisses qui remplissent les rainures du squelette HR1-CH. (b) Modèle du FI de la protéine de pointe CoV-2 (S), structure exacte. Les structures sources pour chaque domaine de sous-unité S2 sont indiquées, soit la préfusion de CoV-2 (PDB: 6XR8), la postfusion de CoV-2 (PDB: 6XRA) ou HR2 de CoV (PDB: 2FXP). Structures du domaine transmembranaire (TMD) et de la queue cytoplasmique (CT) prédites par QUARK. (c) Comparaison entre la structure FI prédite et les structures cristallines connues de la sous-unité CoV-2 S2 de préfusion (PDB: 6XR8) et postfusion (PDB: 6XRA). Un protomère mis en évidence en couleur. Lignes pointillées: domaines manquants dans les structures cristallines partiellement résolues. (d) Détails de la transition du ressort chargé. (e) domaines en épingle à cheveux ß (BH) dans la préfusion connue et les structures FI prédites (régions encadrées de (c)). Le domaine RFH est omis du FI BH pour plus de clarté. Après la transition de ressort chargé, HR1, CR et FP (représentés faiblement dans la préfusion BH) quittent leurs emplacements de préfusion en BH. La cavité résultante (flèche) serait vraisemblablement instable. Nous supposons que le FI adopte la structure BH postfusion plus compacte (à droite). (f) Les chaperons du peptide d’or (GP) repliement de l’intermédiaire de fusion (FI) dans la structure postfusion. Les explosions des régions encadrées en (c) sont montrées. Le repliage du domaine de la charnière repliable (RFH) est guidé par GP. RFH forme un brin β parallèle avec GP (cercle rouge), la partie non structurée RFH emballe la rainure CH-GP et les hélices RFH interagissent avec deux hélices GP. BH et CH colorés appartiennent à un seul protomère; Le RFH coloré appartient à un protomère différent.
Un modèle pour l’intermédiaire de fusion
Dans ce but, des chercheurs de l’Université Columbia à New York ont construit un modèle pour le SARS-CoV-2 FI en utilisant les données disponibles et ont exploré son comportement par ordinateur. La recherche est publiée sur le bioRxiv * serveur de pré-impression avant l’examen par les pairs.
Sur la base du comportement de l’hémagglutinine de la grippe, une autre protéine de fusion virale, l’équipe a pensé que la transition vers l’IF commence par changer tous les domaines de répétition heptade 1 (HR1) en hélices alpha, de sorte que les boucles non structurées de HR1 deviennent hélicoïdales, comme ressorts, devenant continus avec l’hélice centrale.
En utilisant cela et les structures d’autres composants, l’équipe a proposé un modèle pour FI. Ils ont testé leur modèle à l’aide de simulations de dynamique moléculaire et l’ont trouvé stable. Ils ont trouvé que les régions situées sous le domaine en épingle à cheveux β étaient très flexibles, permettant au FI de s’incliner.
L’état de pré-fusion passe probablement à l’état FI par un mécanisme de libération à ressort chargé, où les transitions boucle-hélice deviennent droites, étendant le domaine HR1. Les simulations du peptide de fusion ont déterminé une hélice N-terminale avec 10 résidus qui entrent en contact avec la membrane.
L’auteur postule que la libération à ressort se produit en premier. Ensuite, tout repliement du domaine de charnière de repliage se produit après un délai, ce qui permet au FI de changer de conformation pour déstabiliser un domaine de charnière de repliage en une boucle non structurée.
Cinétique de l’intermédiaire de fusion
Lorsque les auteurs ont exécuté des simulations pour capturer la dynamique du FI, ils ont constaté que le FI montrait des changements de configuration significatifs, balayant un volume d’environ 25000 nm.3. Ils ont identifié trois régions charnières à la base du FI, ce qui permet au FI d’être très flexible afin qu’il puisse couvrir un grand volume d’espace à la recherche de la membrane pour la fusion.
Les charnières pourraient avoir plusieurs rôles importants. Ils augmentent la zone accessible disponible pour les peptides de fusion sur le terminal FI, capturant la membrane de la cellule hôte. La flexibilité du FI peut également permettre à de nombreux FI de capturer la membrane à différents endroits et de présenter les peptides de fusion directement aux membranes cibles.
Les chercheurs ont également constaté que les structures secondaires à la base de l’IF étaient également très dynamiques. Les trois hélices de domaine de charnière se repliant étaient étalées comme un trépied inversé, tamponnant les changements longitudinaux dans le squelette FI. Les hélices étalées ont également permis une plus grande flexibilité des domaines d’articulation de repliage en amont.
Les études qui ont utilisé des peptides de fusion isolés montrent un taux de liaison beaucoup plus rapide que celui observé dans le modèle FI. Par rapport à ce que prédisent les études précédentes, à savoir un délai d’environ 15 μs pour que le virus capture la membrane, les chercheurs n’ont constaté aucune capture de membrane jusqu’à environ 300 μs. Cela suggère que la liaison des peptides de fusion est beaucoup plus lente lorsqu’ils sont attachés au FI.
De plus, l’équipe a découvert que le peptide d’or, un fragment déconnecté entre le site S1 / S2 et le site S2, peut chaperonner le repliement. Des anticorps monoclonaux qui ciblent une région de l’hélice charnière de repliement, qui engage le peptide d’or, ont déjà été vus. Cela suggère que le peptide doré ou la charnière de repliement peuvent être des cibles potentielles pour le développement de thérapies contre COVID-19. Le dévoilement des mécanismes régissant l’intermédiaire de fusion CoV-2 S2 jouera un rôle essentiel dans la recherche de médicaments antiviraux robustes et pan-coronavirus.
*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.
