Dans une étude récente publiée dans PNASles chercheurs ont démontré la base structurelle de la façon dont les mutations d’Omicron imbriquées dans le domaine de liaison au récepteur (RBD) se sont adaptées à l’enzyme de conversion de l’angiotensine de souris 2 (ACE2) plutôt qu’à l’ACE2 humain.
Sommaire
Arrière plan
Les spéculations sur la source de la variante préoccupante d’Omicron (COV) du coronavirus du syndrome respiratoire aigu sévère 2 (SRAS-CoV-2) sont abondantes, mais les preuves expérimentales de la même chose sont rares. Son émergence soudaine et sa propagation rapide ont soulevé des questions sur son réservoir animal.
Quelques résidus d’acides aminés différencient le RBD prototypique du RBD des coronavirus de chauve-souris. L’Omicron BA.2 RBD diffère du RBD prototypique par 16 résidus, dont sept sont nichés à l’intérieur du motif de liaison au récepteur (RBM) en contact direct avec ACE2.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont récupéré les traces évolutives des mutations Omicron RBM. Ils ont étudié la reconnaissance ACE2 du RBD d’Omicron, en se concentrant sur les mutations Q493R, Q498R, N501Y et Y505H, entourant deux points chauds mutationnels, hotspot-31 ou hotspot-353.
Les chercheurs ont déployé une mutagenèse dirigée pour synthétiser le gène codant pour les prototypes S, hACE2 et mACE2 du SRAS-CoV-2. Ensuite, ils ont utilisé un test de résonance plasmonique de surface (SPR) pour mesurer les interactions de liaison entre les RBD et les molécules ACE2. Pour confirmer les données SPR, l’équipe a également effectué un test d’entrée du pseudovirus Omicron. Ils ont conditionné des pseudovirus Omicron avec quatre mutations inverses (Q493R, Q498R, N501Y et Y505H) avant d’infecter les cellules exprimant mACE2.
Enfin, l’équipe a déterminé la structure cristalline d’Omicron RBD complexé avec l’ACE2 de souris à 2,84 Å.
Résultats de l’étude
Bien que le SARS-CoV-2 prototypique n’infecte pas efficacement les souris, d’autres COV du SARS-CoV-2 antérieurs d’humains et d’autres espèces animales avaient développé la mutation N501Y pour faciliter l’utilisation du récepteur mACE2 par le SARS-CoV-2. De plus, seules les souris ont de l’asparagine (Asn31) et de l’histidine (His353) dans leur séquence ACE2, ce qui suggère qu’Omicron a évolué chez la souris.
Le test SPR a montré que le RBD prototypique ne liait pas mACE2, tandis que l’Omicron RBD liait mACE2 avec une bonne affinité. L’introduction des mutations inverses R493Q, R498Q, Y501N et H505Y dans le RBD d’Omicron n’a que légèrement réduit la liaison mACE2. En outre, l’étude a identifié les mutations Q493R, Q498R et Y505H RBM, spécifiquement adaptées structurellement à mACE2, suggérant que ces mutations étaient les traces évolutives laissées par Omicron.
C’est ce qui s’est probablement passé au cours de l’évolution du SRAS-CoV-2 : une variante du SRAS-CoV-2 contenant la mutation N501Y s’est propagée des humains ou d’une autre espèce animale aux souris. Plus tard, à mesure que cette variante se propageait chez la souris, des mutations RBM spécifiques à la souris (par exemple, Q493R, Q498R et Y505N) ont évolué, contribuant à l’émergence du COV Omicron. Les séquences ACE2 de certaines espèces de rats contiennent également Asn31 ou His353. Outre les humains, Omicron pourrait également avoir été transmis à d’autres espèces dont l’ACE2 contenait des résidus de motifs de liaison virale (VBM) compatibles avec l’Omicron RBD.
Le complexe de l’Omicron RBD chimérique et du mACE2 chimérique a révélé les interactions étendues entre les motifs de liaison du virus Omicron RBM et mACE2 (VBM). Hotspot-31 stabilise le noyau de l’interface RBM/VBM, où les résidus lysine31 et acide glutamique35 VBM forment une liaison hydrogène avec la glutamine493. Dans mACE2, le résidu 31 est une asparagine, remplaçant Lys31 dans hACE2. Ainsi, à l’interface entre l’Omicron RBM et les VBM de souris, Arg493 dans RBM forme deux liaisons hydrogène bifurquées avec Asn31 VBM, stabilisant l’interface RBM/VBM et améliorant l’affinité d’Omicron RBD pour mACE2. Dans l’ensemble, la mutation Omicron Q493R autour du hotspot-31 s’est structurellement adaptée à Asn31 dans mACE2.
conclusion
Les données de l’étude actuelle ont révélé que l’Omicron RBD était bien adapté à l’ACE2 de souris avant même qu’il ne commence à infecter les humains. Les chercheurs ont utilisé des preuves biochimiques et structurelles pour montrer que les souris ont facilité l’évolution du COV d’Omicron, fournissant des informations indispensables sur l’origine évolutive du SRAS-CoV-2. Ces résultats faciliteraient également la surveillance épidémiologique du SRAS-CoV-2 chez les animaux, tels que les souris et les rats, pour clarifier la trajectoire évolutive du SRAS-CoV-2 et prévenir de futures pandémies de coronavirus.
