La pandémie de maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) est causée par le syndrome respiratoire aigu sévère coronavirus 2 (SRAS-CoV-2), qui fait partie d’une famille de virus caractérisés par la présence de protéines de pointe sur leurs enveloppes de surface. Le pic n’est pas un accessoire décoratif mais un composant crucial du virus, qui assure son entrée dans la cellule hôte.
Un nouveau document de recherche préimprimé publié sur le bioRxiv* Le serveur décrit les résultats d’une étude de résonance magnétique nucléaire (RMN) pour déterminer la structure du domaine transmembranaire de la protéine S (TMD) et ses régions proximales de la membrane.
Sommaire
Le pic TMD
La protéine de pointe du SRAS-CoV-2 est la principale cible virale du système immunitaire de l’hôte, la partie en forme de couronne étant l’ectodomaine. Celui-ci est composé du domaine de liaison au récepteur (RBD), du domaine transmembranaire (TMD) et d’une queue cytoplasmique (CT). La RMN s’est concentrée sur le TMD, en utilisant une structure bicellaire pour imiter une bicouche lipidique.
Le TMD a une activité fonctionnelle importante, plutôt que d’être une simple protéine d’ancrage. Lorsque le pic de SARS-CoV-2 est remplacé par la protéine G du virus de la stomatite vésiculaire (VSV), la particule résultante avait une activité de pic de 3% à 25% par rapport au virus de type sauvage.
Dans une étude antérieure, une mutation du point d’insertion dans le TMD a aboli l’entrée virale. Cette protéine semble également capable de formation de trimères, comme le montre la fusion directe du RBD au TMD.
L’étude actuelle montre que le pic TMD forme un trimère en utilisant un mode d’assemblage en hélice transmembranaire, vu dans ce contexte pour la première fois.
Structure RMN du trimère TMH de SARS-CoV-2 S dans la bicelle DMPC-DH6PC avec q = 0,55. (a) Représentation en ruban (à gauche) de la structure trimère TMH avec les atomes lourds de la chaîne latérale des résidus de noyau représentés sous forme de sphères; les atomes C de G1219 et G1223 sont également représentés sous forme de sphères. L’emballage de la sidechain à quatre niveaux différents le long du triple axe est illustré par des vues de dessus en coupe du trimère (à droite). (b) Représentation en roue hélicoïdale d’un α-hélice (3,6 résidus par tour) montrant que les résidus hydrophobes du noyau occupent la position «a» de la répétition tétrade «abcd». (c) Analyse théorique de la fermeture à glissière hydrophobe trimérique avec répétition tétrade. La ligne formée par le Cα atomes des résidus à la position «a» est incliné d’environ 17 ° par rapport à l’axe hélicoïdal. La rotation de l’hélice de 17 ° place les résidus de position-a en ligne avec l’axe triple pour une formation optimale du noyau hydrophobe.
Les répétitions Tetrad stabilisent l’hélice TMH
La sous-unité S2 a montré un court tronçon de la région proximale de la membrane et du TMD, reconstitué sous forme de bicelles, quand il a formé des trimères. La première étape a été la formation d’une hélice alpha de TMD, qui s’est ensuite assemblée pour former un homotrimère avec trois hélices parallèles.
La visualisation RMN a montré un noyau hydrophobe tenant le trimère ensemble le long de son axe triple, avec quatre couches d’interaction hydrophobe entre quatre résidus. Ce noyau contient un motif de répétition tétrade, avec I1221, I1225, L1229 et L1233 étant vus à la position 1 d’une répétition à quatre membres.
Les répétitions tétrades forment un nouveau motif de fermeture à glissière hydrophobe. Plus typiquement, l’assemblage TMH utilise un mode de bobine enroulée impliquant des répétitions heptades de l’isoleucine et de la leucine. Le motif de répétition tétrade, dans ce cas, signifie que la répétition est plus longue qu’un seul tour d’hélice, qui est longue de 3,6 résidus. Il en résulte un 400 extension au-delà de la fin du virage, décalant la crête du noyau hydrophobe de l’axe triple de 170 chaque fois.
Cela permet aux trois arêtes hydrophobes des TMH trimères de s’aligner sur l’axe triple, et ainsi de les emballer étroitement, formant une structure stable.
Nouveau mode d’assemblage
Fait intéressant, les séquences de glycine et d’alanine sont plus généralement impliquées dans l’assemblage d’hélices transmembranaires (TMH), étant de petits acides aminés. Si ceux-ci sont certainement présents dans cette structure, ils ne participent pas à la formation d’interactions proches de van der Waals.
Au lieu de cela, les quatre résidus de lysine volumineux font partie du noyau hydrophobe. Ainsi, ce mode de formation des trimères TMH diffère du mode conventionnel.
« Le complexe trimérique est stabilisé par un noyau hydrophobe extensif le long de l’axe 3 fois, formé par les acides aminés hydrophobes volumineux répétés tous les quatre résidus. »
Cette structure semble stable dans la membrane, ce qui peut impliquer que « il est peu probable que le trimère TMD se dissocie dans la membrane à moins qu’une force significative ne soit appliquée pendant les étapes de dépliage et de repliement du composant de fusion. »
Effet des mutations du concepteur
Les chercheurs ont également examiné ce qui se passerait s’ils inséraient sept mutations ponctuelles impliquant des résidus de glycine, d’alanine et de lysine dans la région TMD. Ils ont constaté que le changement de la séquence glycine / alanine en tyrosine n’affectait pas la formation des trimères TMH.
Les deux résidus glycine sont ici face à la face lipidique de la membrane, tandis que le résidu alanine n’est pas positionné assez profondément et ne doit donc pas participer au tassement hélice-hélice van der Waals.
Inversement, les mutations de la lysine interrompent ici le processus de trimérisation. Cela est particulièrement vrai des mutations les plus centrales, qui abolissent presque le processus, tandis que les plus périphériques le perturbent partiellement.
Le TMH trimérique est également très stable, sans échange hydrogène-deutérium sur plusieurs semaines.
Quelles sont les implications?
L’étude décrit un nouveau motif de fermeture à glissière très stable qui réalise un assemblage trimérique des TMH. Les résultats soulignent l’importance de la répétition tétrade de gros résidus hydrophobes dans ce processus. L’étude a également identifié des mutations ponctuelles capables de dissocier le TMH trimérique.
Bien qu’il soit connu depuis un certain temps que les domaines d’ancrage membranaire des protéines de fusion virale forment des oligomères spécifiques, le rôle de ces oligomères est resté incertain. Le développement ultérieur des résultats actuels pourrait aider à comprendre comment ils sont impliqués dans la fonction des protéines de fusion virales, en général.
*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.
