La recherche montre comment le remdesivir inhibe la réplication du SARS-CoV-2

Au milieu de la recherche mondiale effrénée d'un vaccin pour inhiber le SRAS-CoV-2 ou d'un médicament pour traiter le coronavirus 2019 (COVID-19), le remdesivir a récemment été approuvé par la FDA américaine pour traiter les patients COVID-19.

L'agent causal du COVID-19, le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2), a présenté une réponse positive à ce médicament analogue nucléosidique.

Le virus utilise une ARN polymérase dépendante de l'ARN (RdRp) pour se répliquer. La forme active du remdesivir inhibe la RdRp et présente une activité antivirale. Cependant, le mécanisme spécifique par lequel le remdesivir inhibe la RdRp n'est pas complètement clair.

Dans un récent bioRxiv * preprint, une équipe de recherche allemande, Goran Kokic et coll. étudier le mécanisme moléculaire du blocage induit par le remdesivir de RdRp – en utilisant la chimie de l'ARN synthétique, la biochimie et la microscopie cryoélectronique.

Le remdesivir est un promédicament phosphoramidite qui est métabolisé dans les cellules pour donner un analogue de nucléoside triphosphate (NTP) actif, appelé remdesivir triphosphate (RTP) dans cette étude. RdRp peut utiliser le RTP comme substrat, conduisant à l'incorporation de remdesivir monophosphate (RMP) dans l'ARN en croissance. Les études précédentes montrent comment la RMP est incorporée dans l'ARN. Cependant, la façon dont le médicament remdesivir inhibe la RdRp est explorée ici. Unique aux coronavirus, le blocage de RdRp ne se produit qu'après que trois autres nucléotides ont été ajoutés à l'ARN.

Dans cette étude, les chercheurs étudient les éléments suivants: 1) comment la présence du médicament (RTP) influence l'action de la polymérase de l'élongation, 2) déterminer les structures des complexes RdRpRNA, 3) piéger les états du complexe RdRp structurellement, qui sont pertinent pour comprendre le décrochage RdRp induit par le remdesivir, 4) le décrochage RdRp résulte-t-il d'une barrière de translocation.

Analyse structurale du décrochage de RdRp induit par le remdesivir. a Position des échafaudages d'ARN 1–3 comme observé dans les structures complexes RdRp-ARN 1–3. Les brins de modèle et de produit sont respectivement en haut et en bas. b Densité Cryo-EM de l'ARN au centre actif des structures 1–3. L'ion métallique du site actif a été modélisé30 et est représenté par une sphère magenta. c Le groupe C1’-cyano du groupement RMP ribose (violet) est logé en position –3 (à gauche), mais entrerait en conflit avec la chaîne latérale du résidu nsp12 sérine-861 (rouge) en position –4 (à droite). Les sphères indiquent les surfaces atomiques de van der Waals.

RdRp utilise le RTP comme substrat, conduisant à l'incorporation de RMP dans un produit ARN en croissance s'étendant de Trois plus de nucléotides avant de caler. Ce mécanisme de blocage est spécifique aux coronavirus. Par exemple, dans le cas du virus Ebola, RdRp ajoute cinq Nucléotides d'ARN après incorporation de RMP avant de caler.

Les chercheurs ont confirmé la présence de RMP dans les oligonucléotides d'ARN obtenus par HPLC et LC-MS dénaturant. Ils ont également confirmé que la présence de RMP inhibe l'extension de l'ARN par RdRp sur des échafaudages de matrice-produit d'ARN minimaux.

Après l'incorporation de RMP, les chercheurs ont étudié les complexes RdRp-ARN – après l'ajout de deux ou trois nucléotides (en utilisant l'analyse cryo-EM). La résolution des structures RdRp-ARN est déterminée, révélant également les positions de RMP dans le brin de produit ARN.

Cette étude montre que l'ajout du quatrième nucléotide est altéré par une barrière pour favoriser la translocation de l'ARN. Cela provoque la rétention du nucléotide 3'-ARN dans le site actif du RdRp, ne permettant pas le prochain nucléoside triphosphate, bloquant ainsi l'enzyme.

Les chercheurs ont découvert que la barrière de translocation résulte du passage stériquement altéré du groupe cyano dans la RMP au-delà de la chaîne latérale sérine-861 dans la sous-unité nsp12 (non structurale) de RdRp.

Ces résultats sont conformes aux études biochimiques et aux données antérieures.

Dans cette étude, les chercheurs montrent comment l'état bloqué par le remdesivir échappe à la relecture virale. L'extrémité 3 'de l'ARN apparié peut échapper à la relecture parce que l'exonucléase virale nsp14 reconnaît préférentiellement une extrémité 3' non appariée.

Cependant, les chercheurs soulignent également que certaines relectures peuvent se produire, rendant le remdesivir moins efficace (l'exonucléase virale peut éliminer plusieurs nucléotides de l'extrémité 3 'de l'ARN apparié de bases).

Il est important de noter qu'à des concentrations élevées de NTP, le blocage de RdRp a été surmonté, entraînant la formation de l'ARN de pleine longueur; malgré la présence de RMP dans le produit ARN. En raison de ces résultats, les chercheurs notent que le remdesivir n'agit ni comme un terminateur de chaîne ni comme un bloc d'élongation, mais déclenche plutôt un décrochage retardé de RdRp par un mécanisme inconnu.

Les connaissances mécanistes de cet article sont essentielles pour comprendre le processus d'inhibition d'un médicament antiviral approuvé utilisé contre le SRAS-CoV-2 et peuvent approfondir la recherche de composés ayant un potentiel amélioré dans cette direction pour interférer avec la réplication du 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, guider la pratique clinique / les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.