La variante Omicron du coronavirus 2 (SRAS-CoV-2) du syndrome respiratoire aigu sévère a montré des taux de transmission significativement plus élevés que les autres variantes, malgré des taux plus faibles de maladie grave. Des chercheurs de la Harvard Medical School étudient l’activité de fusion membranaire et la structure de la protéine de pointe de cette variante afin de mieux comprendre ces différences.
Étudier: Impact structurel et fonctionnel des mutations de la pointe SARS-CoV-2 Omicron. Crédit d’image : MattLphotography/Shutterstock
L’étude des chercheurs se trouve sur le bioRxiv* serveur de prépublication, tandis que l’article est soumis à un examen par les pairs.
L’étude
Les chercheurs ont transfecté des cellules HEK avec une construction d’expression de protéine de pointe Omicron et ont comparé l’activité de fusion membranaire avec des constructions de variantes telles que Alpha, Beta et delta afin de caractériser la protéine de pointe pleine longueur. Toutes les protéines de pointe ont été exprimées à des niveaux similaires, bien que les protéines Omicron soient moins clivées entre les deux sous-unités 24 heures après la transfection, ce qui pourrait suggérer que les deux mutations près du site de clivage de la furine n’améliorent pas le traitement des protéines de pointe. Les cellules produisant ces protéines ont fusionné avec succès avec les cellules ACE2, bien que l’activité de fusion de la protéine de pointe Omicron soit à nouveau inférieure à celle des autres variantes.
Les scientifiques ont ensuite effectué une expérience temporelle avec un test de fusion cellule-cellule, en utilisant à la fois la protéine de pointe et l’ACE2 à des niveaux saturants, afin de mieux tester si la protéine de pointe Omicron pouvait induire une fusion membranaire plus efficacement que d’autres variantes. Encore une fois, il n’y avait pas de différences significatives dans l’activité de fusion autre que la protéine de pointe Omicron montrant une activité légèrement inférieure. Lors de l’utilisation de cellules exprimant un niveau minimum d’ACE2 endogène, toutes les autres variantes ont montré des activités de fusion significatives à des moments ultérieurs, mais la protéine de pointe Omicron était principalement inactive.
Les chercheurs ont supposé qu’Omicron avait du mal à infecter les cellules avec de faibles niveaux d’ACE2, et ont donc essayé d’utiliser des cellules HEK transfectées avec diverses quantités d’ACE2. Une fois de plus, la protéine de pointe Omicron était à la traîne par rapport aux autres variantes, nécessitant une augmentation de 10 fois de l’ACE2 afin d’atteindre une activité de fusion similaire. Cela a été observé à nouveau lorsque les cellules productrices de pointes ont été cotransfectées avec une construction d’expression de la furine et que les cellules cibles ont été cotransfectées avec TMPRSS2.
La protéine de pointe Omicron pleine longueur a été produite sans aucune modification en utilisant une construction streptococcique C-terminale pour l’expression. La protéine purifiée a ensuite été examinée par chromatographie de filtration sur gel. La protéine de pointe Wuhan-Hu-1 de type sauvage est résolue en trois pics, qui correspondent au trimère de préfusion, et au trimère S2 de postfusion et au monomère S1 dissocié. Une autre variante, G614, montre une protéine de pointe avec un seul pic de trimère de préfusion.
La protéine Omicron présente de la même manière un pic majeur, mais il y a une quantité importante d’agrégats du côté avant et un épaulement du côté arrière. Cela suggère que la protéine de pointe Omicron est nettement moins stable que la protéine G614. Une analyse plus poussée à l’aide de SDS-PAGE révèle une grande partie de la protéine non clivée à 84 heures après la transfection. Cela soutient la théorie selon laquelle Omicron a du mal à transfecter des cellules avec de faibles niveaux d’ACE2 en raison du clivage réduit de la protéine de pointe.
Suite à cela, les chercheurs ont tenté de déterminer la structure du trimère à partir d’images cryo-EM. La classification 3D a révélé trois classes différentes pour la protéine de pointe, représentant une position fermée avec les trois domaines de liaison aux récepteurs (RBD) orientés vers le bas, une conformation « un RBD vers le haut » et une conformation intermédiaire RBD qui a été observée dans le trimère G614. Celles-ci ont ensuite été affinées et modélisées pour ne révéler aucune différence majeure dans l’architecture de la protéine de pointe Omicron pleine longueur et de la protéine de pointe G614. Pour les deux variantes, la confirmation fermée et complète a montré que le domaine N-terminal, RBD, le domaine C-terminal 1 (CTD1) et le domaine C-terminal 2 (CTD2) de S1 s’enroulent autour du trimère S2. La conformation d’un RBD vers le haut a préservé la structure centrale hélicoïdale de S2 malgré le basculement du RBD vers le haut, ce qui éloigne les deux domaines N-terminaux adjacents et ouvre le trimère de manière significative.
Les chercheurs suggèrent que des résidus supplémentaires près du site de clivage de la furine qui deviennent significativement plus structurés en raison de la mutation N679K pourraient réduire la flexibilité du site de clivage, ralentissant l’amarrage au site actif de la furine.
La conclusion
Les auteurs prouvent que la protéine de pointe d’Omicron exige des niveaux sensiblement plus élevés d’ACE2 pour la fusion efficace de membrane, en retard d’autres variantes. Ils ont également fourni des preuves solides que la protéine de pointe Omicron est nettement moins susceptible d’être clivée que d’autres variantes. Avec une enquête plus approfondie sur la structure de la protéine de pointe, ils identifient une mutation et le changement structurel qui en résulte qui pourraient être responsables de ce changement. Ces informations pourraient être essentielles pour les développeurs de médicaments et pourraient aider à identifier le site de clivage de la furine comme cible de traitement, potentiellement pour atténuer la gravité de la maladie.
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, guider la pratique clinique/les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.
