Une étude menée au Los Alamos National Laboratory, aux États-Unis, et à l’Université Concordia, au Canada, a exploré l’impact de différents types de glycanes sur l’interaction entre la protéine de pointe du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) et l’angiotensine humaine. récepteur de l’enzyme de conversion 2 (ACE2).
Les résultats révèlent que bien que l’interaction pic-ACE2 ne soit pas directement influencée par les glycanes, il existe des glycanes spécifiques sur ACE2, tels que le mannose-9 (MAN9) et les antennes flucosylées complexes sialées 2 (FA2), qui peuvent modifier considérablement l’affinité. entre la protéine de pointe et ACE2. L’étude est actuellement disponible sur le bioRxiv* serveur de pré-impression.
Sommaire
Contexte
Le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) est un virus à ARN hautement infectieux responsable de la pandémie actuelle de coronavirus 2019 (COVID-19). Il est maintenant bien établi que l’infection par le SRAS-CoV-2 commence par l’interaction entre le domaine de liaison au récepteur de pointe (RBD) et le récepteur ACE2 de la cellule hôte. Ceci est suivi par l’activation protéolytique du pic viral et la fusion subséquente entre l’enveloppe du virus et la membrane de la cellule hôte.
Structurellement, la protéine de pointe et l’ACE2 sont densément glycosylés avec des types distincts de N-glycanes liés à l’asparagine. Certains de ces glycanes sont présents dans l’interface RBD-ACE2, ce qui suggère que les glycanes peuvent influencer les caractéristiques de liaison RBD-ACE2. Auparavant, il a été observé que les glycanes jouent un rôle dans la modulation de l’exposition à l’épitope et de l’affinité des anticorps pour la RBD de pointe. De plus, il existe des preuves indiquant que l’entrée dans la cellule hôte du SARS-CoV peut être empêchée en perturbant la glycosylation de l’ACE2.
Dans l’étude actuelle, les scientifiques ont exploré si différents types de glycanes jouent un rôle dans la modulation de l’interaction RBD-ACE2. Ils ont utilisé des approches de simulation de dynamique moléculaire pour analyser leurs questions d’étude.
Étudier le design
Dans l’étude, les scientifiques ont analysé deux modèles de complexe RBD-ACE2. Dans un modèle RBD-ACE2, les glycanes MAN9 étaient attachés aux résidus Asn53, Asn90, Asn103, 59 Asn322, Asn432 et Asn546 ou b de ACE2. De même, dans un autre modèle, les glycanes FA2 étaient attachés aux mêmes résidus ACE2. Dans les deux modèles, un seul glycane FA2 était attaché à l’Asn343 du pic RBD.
Pour évaluer l’impact des glycanes, ils ont effectué des simulations de solvants explicites tous atomes de trois conditions: le complexe RBD – ACE2 avec les glycanes MAN9; le complexe RBD – ACE2 avec les glycanes FA2; et le complexe RBD – ACE2 sans glycane.
Observations importantes
Les résultats de l’étude de simulation ont révélé que le contact physique entre le pic RBD et ACE2 n’était pas affecté par la présence de glycanes et que les glycanes n’influençaient pas les orientations relatives de RBD-ACE2. De plus, les données de simulation ont identifié que les interactions entre les résidus dans l’hélice N-terminale ACE2 et le motif de liaison au récepteur de RBD formaient les complexes les plus persistants.
Dans une autre série d’expériences, les scientifiques ont étudié l’effet de la mutation N501Y sur l’interaction RBD-ACE2. Le N501Y est une mutation de pointe RBD principalement observée dans le variant britannique nouvellement émergé (B.1.1.7) du SRAS-CoV-2. En analysant les interactions simulées, ils ont observé que la mutation N501Y RBD stabilisait davantage le complexe RBD – ACE2 en interagissant avec Y41 et K353 de ACE2. Cela explique la transmissibilité accrue observée dans la variante britannique du SRAS-CoV-2.
L’affinité de liaison RBD-ACE2 dépend du glycane. (a) Pour évaluer l’énergie de liaison entre RBD-ACE2, l’approche MM-PBSA a été appliquée. L’énergie de liaison a été calculée pour des simulations sans glycanes (barre blanche) et avec des glycanes MAN9 (barre magenta) ou des glycanes FA2 (barre bleue) sur ACE2. Les simulations avec des glycanes MAN9 sur ACE2 sont associées à une diminution de 14: 7% de la stabilité, par rapport aux simulations sans glycane. En revanche, les simulations avec des glycanes FA2 sur ACE2 entraînent une augmentation de 9: 1% de la stabilité. (b) Potentiel électrostatique de surface calculé pour ACE2 et RBD. Deux vues complémentaires montrent que la surface ACE2 est globalement chargée négativement, tandis que la surface de RBD est globalement positive.
Pour examiner plus en détail les interactions glycane RBD-ACE2, les scientifiques ont analysé en profondeur les interactions entre les résidus RBD et le glycane MAN9 ou FA2 attaché à ACE2. Leurs résultats ont révélé que la probabilité d’interaction entre le pic RBD et les glycanes présents sur le résidu Asn90 d’ACE2 était significativement plus élevée que celle des autres glycanes. Cependant, ils ont remarqué que le contact entre le RBD et le glycane Asn90 ACE2 ne faisait pas concurrence à l’interaction RBD-ACE2 au niveau des protéines. Avec une analyse plus approfondie, ils ont observé que les effets stériques du glycane Asn90 retardaient la dissociation de la RBD, ce qui à son tour augmentait la stabilisation de l’interaction RBD-ACE2.
De plus, ils ont étudié l’impact des interactions glycane-glycane sur l’affinité de liaison RBD-ACE2. Les résultats ont révélé que le glycane Asn343 de RBD interagissait plus fréquemment avec les glycanes Asn53 et Asn322 d’ACE2, suggérant que ces interactions pourraient contribuer à l’affinité RBD-ACE2.
Pour étudier les altérations relatives des interactions RBD-ACE2 avec et sans glycane, ils ont effectué une analyse énergétique de liaison en utilisant l’approche de la surface de Poisson-Boltzmann en mécanique moléculaire (MM-PBSA). Les résultats ont révélé que si le glycane MAN9 sur ACE2 réduisait l’affinité RBD-ACE2, la présence de glycane FA2 augmentait l’affinité. En outre, les résultats ont identifié que les propriétés électrostatiques distinctes des acides sialiques chargés négativement dans le glycane FA2 sont les principaux contributeurs d’une affinité plus élevée.
Importance de l’étude
L’étude met en évidence l’importance des types de glycanes spécifiques dans la modulation de l’affinité de liaison entre le pic RBD et ACE2. En d’autres termes, différents types de glycanes attachés au récepteur ACE2 hôte déterminent la stabilité de l’interaction RBD-ACE2. Fait intéressant, les résultats révèlent que les propriétés électrostatiques des glycanes ACE2 spécifiques influencent l’affinité de liaison sans modifier les interactions physiques entre le virus et l’hôte.
*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.
