Des chercheurs de l'Université du Delaware, utilisant des ressources de calcul intensif et collaborant avec des scientifiques de l'Université de l'Indiana, ont acquis une nouvelle compréhension du virus responsable de l'hépatite B et de la « boule épineuse » qui renferme le schéma génétique du virus.
La recherche, qui a été publiée en ligne, avant l'impression, par la revue ACS Chemical Biology de l'American Chemical Association, fournit des informations sur la façon dont la capside -; une enveloppe protéique qui protège le plan directeur et entraîne également sa délivrance pour infecter une cellule hôte -; s'assemble.
Des simulations informatiques réalisées par les scientifiques de l'UD ont étudié les effets d'une mutation qui altère le processus d'assemblage. En collaboration avec des collaborateurs, les chercheurs ont révélé que la région de la protéine qui contient la mutation, le pic, peut communiquer avec la région de la protéine qui se lie avec d'autres sous-unités pour assembler la capside. Ils ont trouvé des preuves qu'un changement dans la forme de la protéine de capside la fait passer dans un état «activé» pour l'assemblage.
Les scientifiques estiment que la capside est une cible importante dans le développement de médicaments pour traiter l'hépatite B, une infection potentiellement mortelle et incurable qui touche plus de 250 millions de personnes dans le monde.
La capside ressemble à une boule épineuse, avec 120 dimères de protéines qui s'assemblent pour la former; chaque dimère contient un pic. La capside est la clé du cycle d'infection virale. Si nous pouvions interrompre le processus d'assemblage, le virus ne pourrait pas produire de copies infectieuses de lui-même. «
Jodi A. Hadden-Perilla, professeur adjoint au Département de chimie et biochimie de l'UD et co-auteur du nouvel article
Les chercheurs de l'Université de l'Indiana avaient étudié les dimères, qui sont des structures moléculaires en forme de T en deux parties, et recherchaient si une mutation pouvait activer ou désactiver un interrupteur pour activer le mécanisme d'assemblage de la capside. Ils ont travaillé avec le groupe de Hadden-Perilla, qui a réalisé des simulations informatiques pour expliquer comment les changements dans la structure protéique induits par la mutation affectaient la capacité de la capside à s'assembler.
« Ce que nous avons appris, c'est que cette mutation perturbe la structure de la pointe au sommet du dimère », a déclaré Hadden-Perilla. « Cette mutation ralentit l'assemblage, ce qui implique en fait une région de la protéine qui est éloignée du pic. Il est clair que ces deux régions sont liées. Un changement de forme de la protéine, en particulier au niveau du pic, peut en fait activer ou désactiver l'assemblage. «
Son équipe a fait son travail en utilisant le supercalculateur Blue Waters soutenu par la National Science Foundation à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, le plus grand supercalculateur de tous les campus universitaires au monde, pour effectuer ce que l'on appelle des simulations de dynamique moléculaire de tous les atomes.
Les simulations de dynamique moléculaire permettent aux chercheurs d'étudier la façon dont les molécules se déplacent afin d'apprendre comment elles remplissent leurs fonctions dans la nature. Les simulations informatiques sont la seule méthode qui peut révéler le mouvement des systèmes moléculaires jusqu'au niveau atomique et sont parfois appelées «microscope informatique».
L'article, intitulé « L'intégrité de l'interface intradimère du dimère de protéine de capside du virus de l'hépatite B régule l'auto-assemblage de la capside », peut être consulté sur le site Web de la revue.
De la Colombie à l'UD
Pour la doctorante Carolina Pérez Segura, co-auteur de l'article, travailler avec les données des simulations de supercalculateurs a été le type d'expérience de recherche qui l'a d'abord amenée à l'Université du Delaware et l'a ensuite inspirée à rester.
Elle a examiné de nombreuses simulations et de vastes quantités de données pour étudier l'effet de la mutation et « a fait des découvertes importantes », a déclaré Hadden-Perilla. « Nous l'avons jetée dans les profondeurs de mon tout nouveau groupe de recherche (l'été dernier), et elle a fait un excellent travail. »
Pérez Segura est venu à UD en tant que participant au programme de recherche d'été en Amérique latine de l'Université. Diplômée de l'Universidad Nacional de Colombia (Université nationale de Colombie), le programme marquait son premier départ de Colombie et, en fait, sa première fois en avion. Elle prévoyait de mener des recherches sous le mentorat d'Hadden-Perilla pendant quelques mois, puis de rentrer chez elle.
Mais, a-t-elle déclaré, l'expérience était si significative pour elle qu'elle a annulé son billet d'avion pour rentrer chez elle et est restée pour travailler comme chercheuse invitée avec Hadden-Perilla tout en postulant au programme de doctorat en chimie d'UD. Elle a été acceptée et a commencé ses études au semestre de printemps.
C'est sa fascination pour la chimie computationnelle qui l'a amenée au Delaware, a-t-elle déclaré, et le travail avec les supercalculateurs qui l'a amenée à poursuivre cette recherche.
«Pendant mes études de premier cycle, j'ai choisi cette branche de la chimie comme le type de carrière que je souhaitais», a déclaré Pérez Segura, qui a travaillé avec un groupe de recherche dans ce domaine, à plus petite échelle, en Colombie. «Quand j'ai appris que les mathématiques et la physique peuvent vous aider à comprendre les processus biologiques, je savais que c'était ce que je voulais faire.
« Je pensais que c'était vraiment incroyable de pouvoir expliquer les processus biologiques avec des nombres et des ordinateurs. Je voulais en savoir plus, et ici, il y a tellement plus d'opportunités de l'apprendre. »
Bien que les restrictions sociales et de voyage imposées par la pandémie de coronavirus (COVID-19) aient limité sa capacité à vivre pleinement la vie et la culture américaines, elle a déclaré que son expérience à UD restait très positive. Elle a hâte de pouvoir sortir davantage, pratiquer son anglais et faire partie de la culture américaine, mais en attendant, elle est occupée par des recherches passionnantes, a-t-elle déclaré.
Elle travaille actuellement également sur les recherches menées par Hadden-Perilla sur le virus responsable du COVID-19.
« Il est inhabituel pour un étudiant d'être accepté dans notre programme d'études supérieures » hors cycle « , à partir du semestre de printemps », a déclaré Hadden-Perilla. « Mais Carolina est exceptionnelle. »
