Une étude récente menée par une équipe de scientifiques basés aux États-Unis a mis en évidence une nouvelle fonction de la protéase de type 3C du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2). Il a été découvert que la protéase clivait une protéine de signalisation immunitaire humaine appelée modulateur essentiel NF-kB (NEMO) et perturbait la réponse immunitaire de l’hôte. L’étude est actuellement disponible sur le bioRxiv* serveur de préimpression en attendant l’examen par les pairs.
Sommaire
Fond
Les protéines non structurelles du SRAS-CoV-2, y compris la protéase de type papaïne et la protéase de type 3C, jouent un rôle essentiel dans la régulation du cycle de vie viral et la perturbation de la défense immunitaire de l’hôte. La protéase de type 3C reconnaît un motif spécifique dans les polyprotéines virales et les clive pour former des protéines non structurelles matures. Le même motif de reconnaissance est également présent dans certaines protéines des voies immunitaires innées de l’hôte. Cela indique que la protéase de type 3C peut cliver les protéines de l’hôte pour perturber le mécanisme de défense antivirale de première intention.
Dans la présente étude, les scientifiques ont cherché à savoir si la protéase de type 3C avait un impact sur la protéine de signalisation immunitaire humaine NEMO. Au cours de la signalisation canonique de la réponse NF-kB, NEMO clive et active NF-kB, ce qui est une étape importante pour la clairance virale à un stade précoce.
NEMO se liant à la protéase de type 3C
L’étude a observé que la protéase de type 3C interagit avec Lys226-His235 du domaine -hélicoïdal Hlx2 d’un protomère NEMO pour le clivage. Ainsi, comme mentionné par les scientifiques, la protéase pourrait utiliser un état transitoire du domaine -hélicoïdal pour la protéolyse. De plus, il pourrait activement supplanter les interactions dimères NEMO et dérouler l’hélice .
Plus précisément, la protéase de type 3C a formé des interactions hydrophobes et des liaisons hydrogène avec des résidus spécifiques dans le NEMO pour surpasser les interactions entre ces résidus dans le dimère de NEMO.
Structure de l’homodimère 3CLpro C145S lié à NEMO. a) Vue globale du dimère NEMObound 3CLpro. Les chaînes C et D ont leurs extrémités N- (NH3+) et C-terminales (COO-) marquées. NEMO lié à la chaîne C (NEMO C) est affiché sous forme de bâtonnets et de blé coloré. Un maillage de densité électronique est affiché autour de NEMO C en gris clair. Le Lys226 acétylé et le His235 amidé aux extrémités N et C du peptide NEMO, respectivement, sont marqués. La queue C-terminale de la chaîne A est colorée en rose clair, présentée sous forme de bâtonnets et on observe qu’elle se lie au site de liaison au substrat de la chaîne D. Domaines I (aa. 8-101), II (aa. 102-184) et III (aa. 201-303) sont étiquetés en noir. b) Interactions de NEMO avec le sillon de liaison au substrat de 3CLpro C145S. NEMO est représenté dans le blé. Les résidus Lys226 à His235 de NEMO sont respectivement étiquetés P6 à P4′. La surface de la chaîne C est représentée en bleu clair et colorée par type d’atome, où les oxygènes sont rouges, les azotes sont bleu foncé, les carbones sont bleu clair et les soufres sont jaunes. Les résidus dans le site de liaison au substrat de la chaîne C sont représentés par des lignes et étiquetés. Les résidus catalytiquement pertinents22 dans la chaîne C sont représentés sous forme de bâtonnets et également étiquetés en gras. Les liaisons hydrogène sont représentées par des lignes jaunes en pointillés. La liaison hydrogène qui se formerait entre Cys145 (en WT) ou Ser145 (en C145S) et His41 est représentée par une ligne verte en pointillés. c) Interactions de la queue C-terminale de la chaîne A avec le sillon de liaison au substrat de 3CLpro C145S. La queue C-terminale de la chaîne A est représentée par des bâtons en rose clair. Les résidus Ser301 à Gln306 sont étiquetés P6 à P1 respectivement. La surface de la chaîne D est représentée en bleu sarcelle et colorée par type d’atome. Les résidus dans le sillon de liaison au substrat de la chaîne D qui interagissent avec la queue C-terminale de la chaîne A sont représentés par des lignes et étiquetés. Les résidus pertinents du point de vue catalytique et les liaisons hydrogène sont représentés comme en (b). L’atome d’oxygène de l’eau 95 est représenté par une sphère rouge.
Sélectivité du substrat de la protéase de type 3C
L’étude a identifié des sous-sites spécifiques qui contribuent à la polyvalence du substrat de la protéase de type 3C. Des interactions spécifiques de la protéase de type 3C avec sa séquence d’autotraitement N-terminal ou son substrat NEMO ont été identifiées.
Les résultats ont révélé que le sous-site S1 est flexible et se lie au substrat NEMO par le biais d’interactions hydrophobes. Cependant, ce sous-site n’a pas interagi avec le substrat N-terminal. En revanche, le sous-site S5 interagissait avec le substrat N-terminal en recrutant une molécule d’eau.
Les interactions du sous-site S2 avec les substrats N-terminal et NEMO se sont avérées être conservées. Cependant, les sous-sites S3 et S4 ont été identifiés comme des contributeurs importants à la polyvalence du substrat.
Les résultats de l’analyse informatique ont révélé que la substitution unique S46A dans le site de liaison au substrat de la protéase de type 3C augmente la rigidité locale, entraînant une réduction de l’affinité NEMO. De même, il a été prédit qu’une autre mutation de substitution V232A dans NEMO peut altérer son interaction avec la protéase de type 3C.
Conséquences fonctionnelles de l’interaction protéase de type 3C – NEMO
Les résultats du test enzymatique ont révélé que le clivage de NEMO par une protéase de type 3C est un processus lent et n’a pas d’impact fonctionnel significatif dans les premières heures de l’infection. De plus, il a été observé dans d’autres études que les protéases du SRAS-CoV-2 clivent plusieurs protéines de l’hôte, entraînant une réduction significative des niveaux de protéines dans les 24 à 48 jours suivant l’infection.
Dans l’ensemble, ces résultats indiquent que le clivage de NEMO par la protéase de type 3C fait partie de divers autres mécanismes déclenchés par le SRAS-CoV-2 pour supprimer les réponses immunitaires de l’hôte.
Compte tenu des similitudes cliniques entre l’ablation NEMO et COVID-19, on pourrait considérer que le clivage de NEMO par la protéase de type 3C joue un rôle important dans la physiopathologie de COVID-19.
Importance de l’étude
L’étude identifie le rôle de la protéase de type SARS-CoV-2 3C dans le clivage de la protéine immunitaire de l’hôte NEMO. On sait que NEMO joue un rôle central dans la réponse immunitaire antivirale médiée par les protéines de signalisation antivirale mitochondriale. De plus, l’ablation de NEMO est connue pour provoquer l’inactivation de NF-kB et la réponse à l’interféron de type 1.
Compte tenu de ces observations, les scientifiques suggèrent que la protéase de type 3C peut être considérée comme une cible thérapeutique potentielle pour prévenir l’immunosuppression de l’hôte induite par le virus ainsi que la réplication virale.
