Une nouvelle préimpression intrigante semble montrer que la protéine nucléocapside du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) possède des propriétés uniques qui permettent au virus de devenir plus infectieux en présence de certaines mutations.
Étude : Plasticité dans la structure et l’assemblage de la protéine de la nucléocapside du SRAS-CoV-2. Crédit d’image : Orphée FX/Shutterstock
Sommaire
introduction
La pandémie de maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) a déclenché une série de recherches sur la structure et la biologie du SRAS-CoV-2, afin d’aider à développer des antiviraux et des vaccins efficaces et sûrs, et ainsi mettre fin à l’épidémie. Cependant, l’émergence répétée de variantes virales a entravé ces plans, car de nombreuses variantes montrent une évasion immunologique ainsi qu’une résistance aux médicaments.
Alors que la plupart des mutations d’échappement immunitaire ont été étudiées en ce qui concerne la protéine de pointe virale, qui assure la fixation virale et l’entrée dans la cellule hôte, l’antigène de la nucléocapside (N) est également important, car il semble gérer l’emballage du virion. La protéine N est ainsi impliquée dans la charge virale et l’infectiosité.
Depuis que des millions de séquences virales ont été téléchargées du monde entier sur l’Initiative mondiale sur le partage de toutes les données sur la grippe (GISAID), plusieurs types d’analyses ont été effectuées pour détecter des variants, examiner la phylogénie et la propagation du virus à partir d’une région. à un autre. Mises ensemble, elles reflètent la constellation de mutations qui ont réussi à prendre leur place dans le virus viable, voire à améliorer ses caractéristiques biologiques.
Le papier actuel, qui apparaît sous forme de préimpression sur le bioRxiv* serveur, examine le paysage mutationnel de la protéine N avec un accent particulier sur ses aspects biophysiques. L’objectif est d’analyser comment les mutations N affectent l’assemblage viral au niveau moléculaire, impliquant, comme c’est le cas, l’emballage de l’acide ribonucléique viral (ARN) avec la protéine N dans des particules de ribonucléoprotéine (RNP).
Ils ont trouvé la variante Delta particulièrement intéressante, avec sa charge virale considérablement accrue, son temps d’incubation plus court et son impact clinique dévastateur. Parmi celles-ci, la mutation G215C de la protéine N est apparue tout en laissant la protéine de pointe inchangée, mais cette variante est désormais la variante Delta dominante dans le monde. Dans cette étude, les chercheurs ont trouvé une région hautement conservée qui pourrait indiquer l’importance de cette mutation pour faciliter l’assemblage viral.
Résultats
Les scientifiques ont découvert que la protéine N était la plus variable des protéines virales, des mutations étant détectées pour 362 des 419 résidus. Il y avait un total de plus de 1 200 mutations différentes. Une variation a été observée dans 86 % des positions des acides aminés, et chacun d’entre eux pouvait être remplacé par trois à quatre autres acides aminés, la moitié présentant des caractéristiques physicochimiques similaires.
De nombreux résidus hautement conservés se sont également avérés être substitués, même lorsqu’ils formaient des sites de phosphorylation ou d’interaction protéique. Les 37 autres positions étaient hautement conservées et ne présentaient pas de mutations non synonymes.
La protéine N existe sous forme de dimère, avec une dimérisation C-terminale (CTD) et un domaine de liaison aux acides nucléiques N-terminal (NTD) dans chaque chaîne. Les bras adjacents sont longs, avec un désordre intrinsèque, et chacun de ces composants participe à une large liaison d’acide nucléique (NA). L’augmentation résultante de l’ordre conformationnel permet aux dimères d’interagir les uns avec les autres et avec l’échafaudage NA, conduisant au co-assemblage de multimères. D’autres changements se produisent également, conduisant à la co-condensation de la protéine N et NA, formant des particules RNP.
De plus, la protéine de la membrane virale (M) facilite la condensation de la protéine N, aide à ancrer les particules RNP à la membrane virale et favorise la reconnaissance de l’ARN viral.
La plupart des mutations viables se produisent dans les domaines repliés, la majorité étant conservateurs, et les régions de liaison qui ont un désordre intrinsèque plus élevé et une plus grande propension à la séparation de phase liquide-liquide. Ces derniers présentent des clusters de mutations, conférant des altérations des propriétés physiques et chimiques.
A l’inverse, d’autres résidus proches de la structure secondaire sont soit cachés, soit protégés contre les mutations. C’est également le cas de la plupart des résidus de NTD qui entrent en contact avec NA.
La protéine N interagit avec la protéine virale M via son C-arm désordonné. C’est la clé de l’emballage. Pendant ce temps, le lieur, qui est essentiel pour la séparation de phase médiée par l’ARN viral, contient également une séquence protégée qui semble former une hélice impliquée dans l’oligomérisation et le co-assemblage de la protéine virale, avec NA.
Avec la mutation G215C, le mutant de la protéine N présente également des différences dans sa structure secondaire et son assemblage. Alors que les caractéristiques de la liaison NA élémentaire sont conservées, des nucléotides plus longs qui s’étendent au-delà d’un seul domaine, pour connecter deux dimères N, facilitent la formation de tétramères et d’oligomères supérieurs. Cette propriété de tétramérisation constitutive de la protéine N mutante peut conférer une coopérativité ou une avidité plus élevée au cours du co-assemblage précoce.
Les LLPS et l’assemblage d’ordre supérieur sont induits par la chaleur et par la liaison NA. Avec le mutant, la température de transition est abaissée, même sans aucune addition de NA, et chute davantage lorsque les liaisons disulfure sont éliminées dans des conditions réductrices.
La mutation G215C a également modifié la direction et le degré de flexibilité du bras N d’un segment hélicoïdal dans la région de liaison centrale, en raison de la substitution de la cystéine à la glycine, réduisant la flexibilité, et parce que la chaîne latérale de la cystéine interagit avec les résidus voisins. hydrophobe, le stabilisant. La configuration ouverte résultante est favorable aux interactions entre les hélices et avec les groupes thiol, en accord avec l’augmentation observée des interactions dimères avec cette mutation dans des conditions réduites, ainsi que le potentiel de formation de liaisons disulfure avec différents blocs de construction.
Conséquences
Les scientifiques soupçonnaient que les protéines du virus à ARN étaient plus plastiques en raison de l’emballage lâche de leurs noyaux et d’un nombre accru de régions intrinsèquement désordonnées. Cela explique la grande flexibilité de la protéine pour l’adaptation et la tolérance mutationnelle.
La protéine SARS-CoV-2 N a montré une plasticité nettement élevée. La mutation G215C de la protéine N a entraîné une modification majeure de la structure secondaire. Les sous-unités protéiques ont également pris des dispositions différentes, comme le montrent les changements observables dans leurs formes hydrodynamiques.
Les interactions protéine-protéine (IPP) ont été significativement augmentées, ce qui a affecté à son tour la structure quaternaire. L’importance d’une telle plasticité est qu’elle rend plus difficile l’identification des cibles thérapeutiques clés dans cette protéine.
La large couverture des mutations N semble être proche de la limite de toutes les mutations possibles compatibles avec la fonction de la protéine N et montre les attributs biophysiques de cette protéine. En particulier, plusieurs îlots hautement conservés ont été trouvés dans le paysage mutationnel de cette protéine, représentant probablement des fonctions essentielles au cycle de vie viral.
La mutation G215C se produit à côté de l’une de ces régions, dans le lieur central. Des études antérieures ont montré la préférence pour les structures alpha-hélicoïdales près de cette position. L’étude actuelle a révélé qu’il s’agit d’une région critique. De plus, les scientifiques ont montré que les structures hélicoïdales sont essentielles pour l’assemblage de N d’ordre supérieur et sont exposées ou stabilisées par cette mutation, permettant plus de PPI.
Alors que la présence de liaisons disulfure dans le mutant G215C stabilise la réticulation dimère-dimère, elles modifient également le processus d’assemblage. Cependant, ils sont loin d’être essentiels, car en leur absence, cette mutation produit une multiplication par 200 de l’auto-assemblage dimère-dimère et une augmentation du co-assemblage avec NA. L’augmentation postulée du co-assemblage de particules RNP peut contribuer à la gravité du phénotype clinique de Delta, via une charge virale et une infectiosité élevées. Cela peut également expliquer la domination de ce clade sur les autres clades Delta, bien que tous aient les mêmes mutations de pointe.
*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.
