Le domaine de liaison aux récepteurs du SARS-CoV-2

Avec la propagation du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2) dans la plupart du monde, les scientifiques travaillent d'arrache-pied pour trouver des thérapies ou des vaccins efficaces. La plupart des stratégies actuellement élaborées visent l'entrée virale dans les cellules hôtes, principalement par l'interaction de la protéine SARS-CoV-2 S avec le récepteur de l'enzyme de conversion de l'angiotensine 2 (ACE2).

Entrée de virus

L'entrée du virus est un processus complexe en plusieurs étapes, chacune travaillant en symphonie sur différentes étapes de la protéine S. La protéine a deux sous-unités, S1 et S2, et la S1 a un domaine de liaison au récepteur (RBD). Ce RBD dominant en boucle composé de 273 acides aminés, n'est qu'une partie de la protéine S entière, s'étendant du résidu 319 à 591. Cette région est la clé de la liaison protéine-récepteur.

Afin de développer des médicaments qui agissent sur le processus de liaison, il peut être utile d'examiner les résidus RBD qui sont séparés du motif de liaison aux récepteurs (RBM) mais qui contraignent cette région. Par conséquent, dans une nouvelle étude publiée sur le serveur de préimpression bioRxiv* en juin 2020, les chercheurs de l'Inde et des États-Unis ont séparé le RBD de la protéine principale afin de l'examiner en détail de manière critique.

Représentation schématique de la logistique de sélection des protéines et du segment protéique. Il montre une figure animée du nouveau coronavirus 2019. Le segment présenté dans le dessin animé vert fait référence au domaine de liaison au récepteur (RBD) de la protéine de pointe.

Analyse de co-évolution et de séquence

Les chercheurs ont utilisé deux niveaux de techniques d'étude pour comprendre l'évolution du RBD ainsi que sa base structurelle. Il est connu que le RBD subit un traitement puis s'arrête dans le récepteur ACE2 de la cellule hôte, dans une fente de liaison. Il ouvre ensuite la voie au processus d'entrée virale.

La première étude, ou évolutionniste, visait à comprendre l'espace de séquence du RBD en le recréant de façon à pouvoir voir les séquences les plus proches dans d'autres souches et virus. Cela a permis de comprendre les contraintes évolutives, ce qui est une étape cruciale pour comprendre jusqu'où une protéine peut évoluer. Cela est nécessaire pour planifier une contre-stratégie qui découragera l'évolution.

Cela a montré que de nombreuses régions flexibles de désordre sont présentes, principalement sous forme de boucles RBD, avec la plus grande à l'extrémité C-terminale et une région centrale d'environ 60 résidus.

Les enquêteurs ont utilisé une analyse co-évolutive afin d'identifier les régions interdépendantes sur le plan de la position. Ceci, à son tour, fournit une image continue des résidus interdépendants. Une telle interdépendance est nécessaire pour stabiliser la structure protéique et prédire les fonctionnalités de la protéine.

D'un autre côté, l'analyse de conservation de séquence fournit un instantané des positions des résidus qui sont si importantes qu'une variation nulle est autorisée. L'utilisation de ces deux voies analytiques visait à comprendre comment l'espace de séquence RBD était contraint et comment il évoluait.

Identification de blocs de structure importants

Les résultats ont montré que l'interdépendance et le potentiel de co-évolution les plus élevés se situaient entre les régions 121 et 180 du RBD à 273 résidus. Le profil mutationnel a également été généré, ce qui pourrait permettre aux scientifiques de visualiser la tolérance aux mutations de substitution à chaque site de cette région.

Ils ont tenté de trouver toutes les mutations naturelles interagissant avec le récepteur ACE2 hôte et d'identifier leur impact par des méthodes statistiques en utilisant des calculs d'énergie à partir de l'analyse mutationnelle profonde effectuée précédemment. Ils ont constaté qu'il existe une tolérance élevée pour la substitution de résidus positionnels.

Enfin, ils ont associé les résidus de co-évolution critiques à leur tolérance mutationnelle. Les régions hautement conservées avaient une tolérance inférieure et vice versa

La structure RBD a également été utilisée pour diviser la protéine S en 30 sous-structures, en utilisant des paires en interaction, de sorte que le regroupement des résidus par interactions par paire ainsi que par régions à forte variabilité locale pouvait être identifié. Ces régions se sont révélées proches des résidus de la fente de liaison RBD, d'après les données d'accostage.

Virus du SRAS-CoV-2 se liant aux récepteurs ACE-2 sur une cellule humaine, stade initial de l'infection au COVID-19, illustration conceptuelle en 3D crédit: Kateryna Kon / Shutterstock

Comment la protéine contribue à l'infection

L'importance de ce segment particulier, appelé SB6, pour ajouter une flexibilité de conformation locale à la protéine, de manière à se lier efficacement avec le récepteur ACE2, a été suggérée à partir de cette découverte, qui est plus spécifique que les rapports précédents attribuant de l'importance aux boucles en général . Selon les chercheurs, «SB6, avec son abondance équilibrée de résidus conservés et co-évolutifs, peut être supposé être un cluster critique, qui est en outre validé par ses résidus constitutifs, qui imposent un impact significatif sur le résidu interagissant avec Récepteur ACE2. « 

La structure de RBD a une région dominante en boucle, qui joue un rôle critique dans la reconnaissance des récepteurs ACE2 et la dynamique conformationnelle associée. (A) Diagramme du réseau de structure de la pointe RBD. (B) Fluctuations quadratiques moyennes (en angström) pour la pointe RBD extraite de la simulation de Monte Carlo. (C) Diagrammes à barres montrant les effets des mutations déstabilisantes. (D) Le complexe ancré de Spike RBD-ACE2 est montré en représentation de surface avec des dessins animés représentant les structures secondaires des protéines. Le récepteur ACE2 est représenté en rose tandis que RBD est représenté en surfaces bleues et vertes. La surface bleue fait référence à la région du RBD qui participe à la liaison au récepteur ACE2. (E) Le complexe ancré est représenté avec des représentations de charge de surface. La région de grande flexibilité observée à partir de la simulation MC est marquée dans le complexe ancré. La barre d'échelle en bas fait référence au gradient de charge de surface observé dans le complexe ancré. (F) La poche d'interaction RBD-ACE2 (ACE2 est représentée en surface et RBD en dessin animé) est représentée avec des boucles de couleur violette indiquant une sous-structure avec une grande flexibilité (comme prévu par RMSF).

Cette région chevauche également les étirements qui montrent un signal de coévolution élevé dans SB17 et SB 21, démontrant son importance dans l'évolution virale. Ceci est très désorganisé et se compose principalement de boucles, ce qui le rend très flexible et capable de reconnaître les récepteurs.

L'approche unifiée a montré que la déstabilisation du RBD aurait un effet profond sur l'évolution et la structure de la protéine S, tout en empêchant sa fonctionnalité de reconnaissance des récepteurs. Cela montre qu'il s'agit d'une cible thérapeutique prometteuse.

Les chercheurs commentent: «Nous émettons l'hypothèse forte que le SB17 est un composant extrêmement critique de la structure du pic RBD, qui pourrait être une cible thérapeutique importante. Contrairement aux autres rapports pointant spécifiquement les résidus associés à la reconnaissance des récepteurs ACE2, nous avons fourni une image étendue des régions de la structure protéique qui, si ciblées, pourraient potentiellement inhiber la propagation du virus et bloquer les voies d'échappement mutationnelles probables, fonctionnant ainsi comme un anti- stratégie d'évolution. « 

*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, orienter la pratique clinique / les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.