Les chimistes du MIT ont déterminé la structure moléculaire d’une protéine trouvée dans le virus SARS-CoV-2. Cette protéine, appelée protéine d’enveloppe E, forme un canal sélectif pour les cations et joue un rôle clé dans la capacité du virus à se répliquer et à stimuler la réponse inflammatoire de la cellule hôte.
Si les chercheurs pouvaient trouver des moyens de bloquer ce canal, ils pourraient être en mesure de réduire la pathogénicité du virus et d’interférer avec la réplication virale, explique Mei Hong, professeur de chimie au MIT. Dans cette étude, les chercheurs ont étudié les sites de liaison de deux médicaments qui bloquent le canal, mais ces médicaments ne se lient que faiblement, ils ne seraient donc pas des inhibiteurs efficaces de la protéine E.
Nos découvertes pourraient être utiles aux chimistes médicinaux pour concevoir des petites molécules alternatives qui ciblent ce canal avec une forte affinité. «
Mei Hong, auteur principal de la nouvelle étude
Venkata Mandala, étudiante diplômée du MIT, est l’auteur principal de l’article, qui apparaît dans Nature Structural and Molecular Biology. Parmi les autres auteurs figurent Matthew McKay, post-doctorant au MIT, Alexander Shcherbakov et Aurelio Dregni, étudiants diplômés du MIT, et Antonios Kolocouris, professeur de chimie pharmaceutique à l’Université d’Athènes.
Défis structurels
Le laboratoire de Hong est spécialisé dans l’étude des structures des protéines qui sont intégrées dans les membranes cellulaires, qui sont souvent difficiles à analyser en raison du trouble de la membrane lipidique. En utilisant la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN), elle a déjà développé plusieurs techniques qui lui permettent d’obtenir des informations structurelles précises au niveau atomique sur ces protéines intégrées dans la membrane.
Lorsque l’épidémie de SRAS-CoV-2 a commencé plus tôt cette année, Hong et ses étudiants ont décidé de concentrer leurs efforts sur l’une des nouvelles protéines de coronavirus. Elle s’est concentrée sur la protéine E en partie parce qu’elle est similaire à une protéine de la grippe appelée canal protonique M2, qu’elle a déjà étudiée. Les deux protéines virales sont constituées de faisceaux de plusieurs protéines hélicoïdales.
«Nous avons déterminé la structure de la grippe B M2 après environ 1,5 an de travail acharné, qui nous a appris comment cloner, exprimer et purifier une protéine de membrane virale à partir de zéro, et quelles stratégies expérimentales RMN adopter pour résoudre la structure d’un homo-oligomère faisceau hélicoïdal », dit Hong. « Cette expérience s’est avérée être le terrain d’entraînement idéal pour étudier le SRAS-CoV-2 E. »
Les chercheurs ont pu cloner et purifier la protéine E en deux mois et demi. Pour déterminer sa structure, les chercheurs l’ont intégré dans une bicouche lipidique, similaire à une membrane cellulaire, puis l’ont analysée par RMN, qui utilise les propriétés magnétiques des noyaux atomiques pour révéler les structures des molécules contenant ces noyaux. Ils ont mesuré les spectres RMN pendant deux mois, sans interruption, sur l’instrument de RMN à champ le plus élevé du MIT, un spectromètre de 900 mégahertz, ainsi que sur des spectromètres de 800 et 600 mégahertz.
Hong et ses collègues ont découvert que la partie de la protéine E qui est intégrée dans la bicouche lipidique, connue sous le nom de domaine transmembranaire, s’assemble en un faisceau de cinq hélices. Les hélices restent largement immobiles dans ce faisceau, créant un canal étroit qui est beaucoup plus restreint que le canal grippal M2.
Fait intéressant, la protéine SARS-CoV-2 E ne ressemble en rien aux protéines des canaux ioniques des virus de la grippe et du VIH-1. Dans les virus de la grippe, la protéine M2 équivalente est beaucoup plus mobile, tandis que dans le VIH-1, la protéine équivalente Vpu a une hélice transmembranaire beaucoup plus courte et un pore plus large. Comment ces caractéristiques structurelles distinctes de E affectent ses fonctions dans le cycle de vie du virus SARS-CoV-2 est l’un des sujets que Hong et ses collègues étudieront à l’avenir.
Les chercheurs ont également identifié plusieurs acides aminés à une extrémité du canal qui peuvent attirer des ions chargés positivement tels que le calcium dans le canal. Ils croient que la structure qu’ils rapportent dans cet article est l’état fermé du canal, et ils espèrent maintenant déterminer la structure de l’état ouvert, ce qui devrait éclairer la façon dont le canal s’ouvre et se ferme.
Recherche fondamentale
Les chercheurs ont également découvert que deux médicaments – l’amantadine, utilisée pour traiter la grippe, et l’hexaméthylène amiloride, utilisé pour traiter l’hypertension artérielle – peuvent bloquer l’entrée du canal E. Cependant, ces médicaments ne se lient que faiblement à la protéine E. Si des inhibiteurs plus puissants pouvaient être développés, ils pourraient être des candidats-médicaments potentiels pour traiter Covid-19, dit Hong.
L’étude démontre que la recherche scientifique fondamentale peut apporter des contributions importantes à la résolution de problèmes médicaux, ajoute-t-elle.
«Même lorsque la pandémie est terminée, il est important que notre société reconnaisse et se souvienne que la recherche scientifique fondamentale sur les protéines virales ou les protéines bactériennes doit se poursuivre vigoureusement, afin que nous puissions prévenir les pandémies», dit Hong. « Le coût humain et économique de ne pas le faire sont tout simplement trop élevés. »
La source:
Massachusetts Institute of Technology
