L’initiation de la synthèse de l’ARN viral a évolué pour avoir lieu par une grande variété de mécanismes, largement classés entre les amorces indépendantes ou les amorces dépendantes. Cependant, des variations considérables sont observées au sein de ces catégories, et les mécanismes spécifiques dirigeant la réplication et la transcription de l’ARN viral dans les coronavirus n’ont pas encore été entièrement élucidés.
Dans un article récemment téléchargé sur le bioRxiv* serveur de pré-impression, le rôle d’un domaine protéique spécifique au coronavirus dans l’initiation de la synthèse virale du SRAS-CoV-2 est étudié et des solutions thérapeutiques potentielles ont été explorées.
Initiation de la synthèse d’ARN
Le génome du coronavirus est relativement énorme, étant environ trois fois plus grand que la plupart des autres virus ssRNA importants tels que le zika ou le poliovirus, et a donc développé un certain nombre de nouveaux domaines qui restent mal caractérisés. Le génome viral traduit 16 protéines non structurales impliquées dans la réplication et le maintien du génome, dont trois (nsp12, nsp7 et deux nsp8) s’associent pour former le complexe de réplication-transcription (RTC).
Suite à l’entrée dans la cellule hôte, c’est le RTC qui initie la synthèse virale. Dans les coronavirus, nsp12 semble structurellement similaire à d’autres ARN polymérases «petit pouce», appelées pour la contiguïté conformationnelle des sous-domaines de la protéine qui ressemblent à une main. Le coronavirus nsp12 N-terminal contient un domaine spécifique du nidovirus (l’ordre auquel appartiennent les coronavirus) connu sous le nom de NiRAN, qui semble aider à plusieurs opérations de synthèse d’ARN, y compris le transfert de bases nucléotidiques uniques au RTC.
Le groupe a incubé les constituants du SARS-CoV-2 RTC, nsp12, nsp7 et nsp8, avec UTP, et a constaté que pour amorcer la synthèse d’ARN, le domaine NiRAN de nsp12 est d’abord marqué avec un monophosphate d’uridine (UMPylation) , qui est ensuite transféré spécifiquement et efficacement vers nsp8. Cette stratégie d’initiation de la réplication virale s’est avérée être présente pour la synthèse des brins négatifs, où le génome agit comme un brin complémentaire à partir duquel l’ARNm est synthétisé par le RTC.
Cependant, les mutants NiRAN sans la capacité de subir une UMPylation nsp8 sont toujours capables de synthétiser de l’ARN, ce qui suggère que des mécanismes alternatifs existent dans les coronavirus. Une voie indépendante de NiRAN moins active a été découverte, dans laquelle la séquence d’amorce peptidique requise est construite à l’extérieur du complexe RTC et y migre ensuite pour une transcription ultérieure.
Thérapie par analogues nucléotidiques
Les analogues nucléotidiques sont une classe de médicaments antiviraux qui interfèrent avec la réplication de l’ARN en introduisant des codons d’arrêt et d’autres séquences nucléotidiques perturbatrices dans la chaîne d’ARN. Dans la plupart des virus, le RTC incorporerait les analogues nucléotidiques thérapeutiques dans la séquence d’ARN, provoquant la terminaison de la chaîne.
Cependant, les coronavirus possèdent une nouvelle machinerie cellulaire qui leur permet de réparer les paires de bases non appariées avec une efficacité surprenante, compromettant massivement l’efficacité de ces médicaments. Comme le domaine NiRAN utilise également des bases nucléotidiques dans le cadre de sa fonction normale, il pourrait constituer une cible alternative utile pour les thérapies analogues nucléotidiques.
Deux médicaments analogues de nucléotides ont été testés contre le SRAS-CoV-2, l’analogue d’uracile Sofosbuvir et son équivalent guanosine AT-511. Le premier est cliniquement approuvé pour une utilisation contre l’hépatite C, bien qu’il ait montré une faible efficacité contre le SRAS-CoV-2, tandis que des analogues similaires au dernier ont été impliqués en tant qu’anticoronaviraux à large spectre.
On a montré que les deux médicaments étaient excisés par des exonucléases 3 ‘à 5’ réparatrices de l’ARN du SRAS-CoV-2, réduisant leur puissance. Cependant, lorsqu’il est lié au site actif de NiRAN, l’AT-511 inhibe la nsp8 UMPylation, le principal mécanisme d’initiation de la synthèse de l’ARN dans le SARS-CoV-2. Des études de microscopie cryoélectronique ont révélé la manière dont AT-511 se lie au RTC, constatant que l’analogue nucléotidique est simultanément lié au domaine NiRAN de nsp8 et au site nucléotidique actif de nsp12.
Le groupe suggère que la queue hydrophobe d’AT-511 crée une gêne, empêchant les bases nucléotidiques entrantes d’être correctement positionnées et mettant ainsi fin à la chaîne nucléotidique. La puissance observée est expliquée par la nature à double ciblage de l’analogue, bloquant directement les poches de liaison NiRAN et RTC, qui sont en outre peu susceptibles de développer des résistances par mutation à l’avenir en raison du rôle vital et conservé de ces protéines à travers les coronavirus.
*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, orienter la pratique clinique / les comportements liés à la santé ou être traités comme des informations établies.
