Dans une récente étude publiée sur iScienceles chercheurs ont identifié des surfaces de pointe du coronavirus 2 (SRAS-CoV-2) du syndrome respiratoire aigu sévère impliquées dans la liaison aux membranes des cellules hôtes.
Arrière plan
Tout au long de la pandémie de la maladie CoV 2019 (COVID-19), plusieurs variantes préoccupantes (COV), les variantes Alpha, Beta, Gamma, Delta et Omicron, sont apparues. La variante Omicron est hautement transmissible et se réplique beaucoup plus rapidement dans les bronches, où elle pénètre dans les cellules par la voie endosomale.
En revanche, les COV pré-Omicron pénètrent dans les cellules en fusionnant avec la membrane cellulaire du poumon avec une réplication beaucoup plus lente détruisant les tissus et envahissant d’autres organes (rein, foie, cœur, etc.). La protéine de pointe trimérique (S) contient deux sous-unités : S1 et S2. La sous-unité S1 comprend un peptide signal et les domaines N-terminal (NTD) et de liaison au récepteur (RBD), tandis que la sous-unité S2 englobe les séquences répétées heptapeptide 1 et 2 et un peptide de fusion.
La fonction de NTD est inconnue, tandis que le RBD assure la médiation de l’attachement viral avec l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2) sur les cellules hôtes par le biais du motif de liaison au récepteur (RBM). Les sites de liaison à la membrane dans les protéines pourraient être prédits à l’aide de programmes tels que Ez-3D, la zone d’amarrage optimale de la membrane (MODA) et la position des protéines dans les membranes (PPM). Auparavant, les auteurs de l’étude actuelle ont identifié des sites de reconnaissance membranaire dans les protéines de trafic virales et bactériennes.
L’étude et les conclusions
Dans la présente étude, les chercheurs ont utilisé MODA pour explorer les sites d’interaction membranaire des variants de la protéine S et ont rapporté un mécanisme de liaison complet. Aucune des structures protéiques > 2300 S signalées jusqu’à présent ne contient de bicouches lipidiques. Néanmoins, certaines structures de protéine S complexées avec de la biliverdine et des acides gras liés au sein de l’ectodomaine S existent.
Les propensions à se lier à la membrane des résidus dans les structures de la protéine 158 S du SRAS-CoV, 12 variants du SRAS-CoV-2 et les homologues des chauves-souris et des pangolins ont été calculées à l’aide de MODA. Le programme attribue une propension à se lier à chaque résidu en fonction de la présence de caractéristiques trouvées dans des structures protéiques bien caractérisées qui se lient aux bicouches lipidiques par le biais de fractions hydrophobes, polaires et aromatiques exposées.
De manière cohérente, la surface de liaison à la membrane de toutes les structures S a été formée par RBM, comprenant plus de 83 % de la propension à se lier à la membrane des protéines S du SRAS-CoV-2. Bien que le trimère S fermé ne puisse pas interagir avec ACE2, il contient trois à peu près symétriques 445KVGG447 éléments qui interagissent avec la membrane.
La propension à l’amarrage du motif KVGG était variable et présentait des scores MODA deux fois plus élevés dans les variantes SARS-CoV-2 Omicron BA.1 et BA.3 comportant un motif muté (KVSG). Cet élément est entouré d’AGSTP479 motifs avec les propensions les plus élevées dans les variantes du SRAS-CoV-2, tandis que les éléments correspondants dans le SRAS-CoV, le CoV de la chauve-souris et le CoV du pangolin ne présentaient pas une telle propension.
De même, le VEGFNCYF proximal490 le motif a montré des propensions à se lier plus élevées dans les variants du SRAS-CoV-2. Les auteurs postulent que la protéine S fermée médie l’amarrage initial aux membranes des cellules hôtes par l’intermédiaire de ces éléments RBM. Les propensions à se lier à la membrane de S RBM suivaient l’ordre : SARS-CoV-2 > SARS-CoV > bat CoV > pangolin CoV. La variante Omicron BA.1 présentait la propension la plus élevée au sein de son RBD dans les états ouvert et fermé.
L’analyse MODA des structures trimériques S a révélé les cinq étapes suivantes de l’association membranaire – 1) Le trimère S fermé fait saillie perpendiculairement vers les trois RBM vers la membrane cellulaire, la surface d’amarrage convexe pénétrant partiellement dans la bicouche lipidique. 2) Un RBD passe en « conformation vers le haut », ce qui fait que les RBM forment une grande surface qui pourrait s’amarrer obliquement.
3) Un deuxième RBD adopte la position « haute » créant une surface encore plus grande et plus plate, et dans cet état, il s’arrime de manière plus optimale à la membrane lorsque le trimère s’incline de 30°, les rapprochant encore plus. 4) Deux molécules ACE2 pourraient interagir avec l’une des sous-unités «up» en déplaçant les lipides hôtes des surfaces RBM.
Dans cet état, l’axe du trimère est incliné de 40°, ce qui permet aux motifs RBM et NTD « vers le bas » de s’arrimer à la bicouche lipidique. 5) Une fois que le troisième RBD passe en « position haute », un troisième ACE2 pourrait se lier pour former le complexe perpendiculaire et symétrique qui initie la fusion membranaire. Ce modèle de liaison membranaire progressive est apparu généralement conservé dans les variantes Alpha, Beta, Gamma, Epsilon, Delta et kappa.
conclusion
En conclusion, les chercheurs ont proposé que les interfaces de protéines S identifiées permettent au S trimérique de se lier progressivement aux membranes bicouches lipidiques lors de la fusion et aux membranes intracellulaires. La conformation intitulée pourrait permettre aux trimères S de rapprocher la membrane virale de la membrane hôte. Notamment, les résultats actuels sont basés sur une analyse informatique et nécessitent donc une validation expérimentale.
