Les chercheurs présentent la structure COVID RdRp à 2,5 A

Il est crucial d'établir une stratégie de traitement efficace et réussie pour atténuer cette maladie à coronavirus 2019 (COVID-19), causée par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2). Le favipiravir, un médicament, a été utilisé pour traiter la grippe à ce jour et a été étudié pour traiter des agents pathogènes potentiellement mortels tels que le virus Ebola, le virus de Lassa et maintenant le COVID-19.

Le favipiravir est un dérivé du pyrazinecarboxamide qui agit contre les virus à ARN. Il cible les enzymes ARN polymérase ARN-dépendantes (RdRp) nécessaires à la transcription et à la réplication des génomes viraux.

Dans un récent bioRxiv* publication pré-imprimée, Christopher J. Russo et al. rapportent la structure du ribonucléoside triphosphate de favipiravir (favipiravir-RTP) en complexe avec l'ARN polymérase ARN-dépendante du SARS-CoV-2 (RdRp) liée à une matrice: amorce ARN duplex. Ils déterminent la structure par cryomicroscopie électronique (cryoEM) à une résolution de 2,5 Å.

Il s'agit d'une étude importante pour la conception et le développement de nouvelles thérapies antivirales. Les chercheurs ont observé que le favipiravir-RTP est un substrat inefficace pour la RdRp virale. Ils proposent que ceci soit une conséquence d'une conformation catalytiquement improductive adoptée par le médicament dans le site actif de la polymérase.

L'ARN polymérase dépendante de l'ARN viral du SRAS-CoV-2 est une cible médicamenteuse prometteuse pour le traitement du COVID-19. Alors que les analogues nucléosidiques, y compris le remdesivir, le sofosbuvir et le favipiravir, ont montré un large spectre d'activité contre les polymérases virales, les schémas thérapeutiques actuels semblent avoir peu ou pas d'effet sur les patients hospitalisés sous COVID-19 (mesuré par la mortalité globale, l'initiation de la ventilation et durée des séjours hospitaliers). La compréhension du mécanisme aux niveaux moléculaire et structurel devient cruciale.

Le mécanisme de synthèse d'ARN multi-sous-unités des coronavirus est un complexe de protéines non structurales (nsp). Cette étude montre la structure du SARS-CoV-2 RdRp, comprenant les sous-unités nsp7, nsp8 et nsp12, en complexe avec matrice: amorce ARN double brin et ribonucléoside triphosphate de favipiravir (favipiravir-RTP).

Les chercheurs ont d'abord vérifié l'activité des complexes assemblés nsp7-nsp8-nsp12 SARS-CoV-2 RdRp, en utilisant des tests d'activité d'extension d'amorce. Ils ont ensuite étudié la capacité de l'enzyme à incorporer du favipiravir-RTP: le favipiravir-RTP semble être un substrat comparativement médiocre par rapport aux ribonucléotides triphosphates naturels (rNTP). Malgré la faible incorporation de favipiravir-RTP observée dans les tests d'extension d'amorce, les chercheurs observent qu'il supprime l'achèvement de la réplication de l'ARN à toutes les concentrations testées, même en présence de rNTP. L'inhibition a été observée même lorsque les rNTP sont présents en un excès considérable par rapport à l'inhibiteur.

Résumé du traitement des données Cryo-EM. L'organigramme montre les principales étapes du traitement des données, de la sélection des particules, en passant par la classification, jusqu'aux cartes finales. Un sous-ensemble sélectionné des moyennes de classe 2D initiales sans référence et toutes les moyennes de classe 3D intermédiaires calculées pendant le traitement de cet ensemble de données sont affichés. Toutes les moyennes de classe 3D, sélectionnées pour les cycles de traitement suivants, sont encadrées en gris et le nombre de particules dans chacune d'elles est affiché. D'autres tentatives de traitement des classes rejetées sont omises de ce graphique pour plus de clarté, car ces données n'ont pas contribué à l'ensemble final de particules.

Les chercheurs ont ensuite étudié la base structurelle de cette activité à l'aide de cryoEM. Cette étude développe les méthodologies, en particulier les défis de la préparation des échantillons cryoEM, y compris les améliorations supplémentaires apportées par les chercheurs ici.

Le complexe de polymérase (comprenant un nsp12, un nsp7, deux sous-unités nsp8 et une matrice: ARN d'amorce) observé ici est presque identique aux rapports précédemment décrits. L'inhibiteur se liant à la polymérase est non covalent, avec peu ou pas d'incorporation covalente.

Les chercheurs suggèrent que la configuration non productive observée du favipiravir-RTP est favorisée par une caractéristique intrinsèque de la fraction favipiravir. Il existe peut-être des liaisons hydrogène à médiation hydrique entre le médicament et le triphosphate – bien que cela ne soit pas identifié sans ambiguïté dans cette étude. À l'appui de ce mécanisme proposé, les chercheurs suggèrent que le T-1105-RTP (qui manque de fluor et donc aucune possibilité de formation de liaison hydrogène) est un substrat plus efficace que le favipiravir-RTP pour SARS-CoV-2 RdRp

En conclusion, les chercheurs présentent la structure de résolution 2,5 Å du favipiravir-RTP lié au SARS-CoV-2 RdRp, en utilisant la microscopie cryoélectronique. Cette structure éclaire l'ensemble des machines de synthèse de l'ARN du coronavirus, fournissant des informations clés au niveau moléculaire.

Cette étude met en lumière l'influence de cet inhibiteur d'analogue nucléotidique sur la synthèse d'ARN in vitro. Sur la base de la structure rapportée dans cette étude, les chercheurs discutent d'au moins trois directions possibles pour des efforts supplémentaires vers la conception de médicaments contre le SARS-CoV-2 RdRp.

Les chercheurs admettent que la détermination de la structure cryoEM de ce complexe RdRp-ARN en combinaison avec différents inhibiteurs reste un défi en tant que tâche de routine. Cependant, de telles études faciliteront la conception et le développement rationnels de médicaments pour le traitement du COVID-19.

*Avis important

bioRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas examinés 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.