Des chercheurs du laboratoire national de Los Alamos et du Duke Human Vaccine Institute & Department of Surgery ont démontré que le coronavirus 2 (SRAS-CoV-2) du syndrome respiratoire aigu sévère répandu dans le monde avec la substitution d'acide aminé D614G dans la protéine de pointe est beaucoup plus infectieux en raison de sa rentabilité rencontres de liaison avec les récepteurs de l'hôte. Leurs résultats sont actuellement disponibles sur le bioRxiv * serveur de pré-impression.
La maladie à coronavirus (COVID-19) causée par le SRAS-CoV-2 représente une urgence sanitaire mondiale majeure. Ce virus infecte les cellules humaines en utilisant le domaine de liaison au récepteur (RBD) de la protéine de pointe trimérique pour se lier au récepteur de l'enzyme de conversion de l'angiotensine 2 (ACE2) trouvé dans de nombreuses cellules du corps humain.
Au milieu de la pandémie COVID-19, l'émergence d'un variant du SRAS-CoV-2, qui portait la substitution d'acide aminé D614G dans la protéine de pointe, a été observée. Très vite, cette souche virale exacte est devenue répandue dans le monde.
D'un point de vue mécanique, dans la conformation de pointe « tout en bas », les trois RBD des protomères sont dans l'orientation fermée. Cependant, la liaison du RBD à ACE2 nécessite la transition de l'un des protomères de la conformation fermée à une conformation ouverte.
Une telle configuration capable d'infection est appelée conformation de pointe ouverte ou « one-up ». Par conséquent, la forme G résultante est considérée comme plus infectieuse dans les conditions de laboratoire et associée à une augmentation des charges virales chez les personnes infectées.
Pour identifier les facteurs qui conduisent à une dynamique virale aussi distincte, un groupe de recherche du Los Alamos National Laboratory et du Duke Human Vaccine Institute & Department of Surgery aux États-Unis a mené une analyse mécanistique méticuleuse et obtenu des informations intéressantes et nouvelles.
Représentation structurelle de la protéine Spike. (A) Le complexe Spike est montré dans la conformation «all-down». Ses sous-unités S1 et S2 sont représentées en rouge et en bleu. (B) Le complexe Spike est montré dans la conformation «one-up». Il est composé de trois protomères, avec le protomère L-bas représenté en violet, le protomère Up en orange et le protomère R-bas en cyan. Le cercle blanc en pointillés indique un site D614G. Ici, un seul des trois sites D614G est affiché. (C) Définition de douze domaines et de leurs résidus utilisés pour l'analyse des simulations. Il était nécessaire de définir des domaines pour chaque région pour l'analyse, de sorte que certaines régions peuvent avoir des noms attribués arbitrairement ou ne pas suivre les plages de séquences canoniques. Nous affichons les domaines mis en évidence dans la structure Spike, présentés sous deux perspectives différentes. Définitions des abréviations de domaine: NTD, N-Terminal Domain; CT0, C313 domaine terminal 0; RBD, domaine de liaison de récepteur; CT1, domaine C-Terminal 1; CT2, domaine C-Terminal 2; S2S2 », clivage S1 / S2 en S2»; FP, peptide de fusion; FPR, région des peptides de fusion; HR1, Heptad Repeat 1; CH, Center Helix; CD, domaine de connecteur; et CD1, Connector Domain 1. Les images en (A) – (B) ont été créées avec PyMol (15); les images en (C) ont été préparées en utilisant VMD (16).
Sommaire
Évaluation des impacts au niveau moléculaire
En un mot, cette étude a utilisé avec succès plusieurs répliques de simulations de tous les atomes de microseconde afin de sonder l'impact au niveau moléculaire de la substitution d'acide aminé D614G sur les états fermés et ouverts de la protéine de pointe SARS-CoV-2.
«Pour élucider comment les interactions spécifiques sont modifiées par la substitution D614G, nous avons calculé les contacts résidu-résidu qui se forment entre les sous-unités des trois protomères», expliquent en outre les chercheurs de l'étude.
Les interactions de liaison hydrogène des résidus critiques spéculés ont été étudiées en profondeur, principalement pour observer si la réduction de la liaison hydrogène peut conduire à une relaxation conformationnelle de la protéine de pointe.
De plus, une analyse de contact différentielle globale a également été poursuivie, et les chercheurs ont modélisé l'impact des ensembles de glycanes hautement flexibles sur l'exposition RBD et le blindage des épitopes à l'aide d'une mesure quantitative connue sous le nom de facteur de rencontre des glycanes.
Un taux plus élevé de rencontres de liaison rentables
« Nous avons constaté que la substitution D614G était directement associée à des altérations profondes des interactions inter-protomères et indirectement associée à des changements dans l'exposition au site de liaison », indiquent les auteurs de l'étude.
Plus spécifiquement, la forme G614 s'est avérée conduire à un réarrangement dans les contacts résidu-résidu et la liaison hydrogène qui conduirait à une population accrue de l'ensemble de pointes un-up ou des conformations ouvertes.
De même, une analyse minutieuse de l'exposition à la RBD (y compris le rôle des glycanes hautement flexibles) a révélé que le site de liaison de l'ACE2 et les épitopes d'anticorps neutralisants critiques dans la RBD sont nettement plus accessibles dans le nord de l'État.
En conséquence, l'infectivité accrue de la forme G mentionnée ci-dessus peut être observée, résultant probablement d'un taux beaucoup plus élevé de rencontres de liaison rentables avec le récepteur situé au niveau des cellules hôtes.
RBD est beaucoup plus exposé dans la conformation one-up. (A) Représentation de surface du complexe Spike tout en bas. Les couleurs comprises entre le rouge, le blanc et le bleu représentent les valeurs du facteur de rencontre des glycanes (GEF). Le FEM décrit l'exposition relative et la couverture des surfaces protéiques. (B) Représentation de surface du pic one-up. Les couleurs comprises entre le cyan, le blanc et le magenta indiquent les différences GEF entre les structures fermées et ouvertes. Le RBD dans l'orientation vers le haut est indiqué par le cercle en pointillé, où la région (magenta) à l'origine enterrée autour de 458-478 est maintenant exposée. (C-D) Vue de dessus de l'apex de la protéine Spike dans les conformations (C) all-down et (D) one-up. La surface des protéines est représentée en gris. Les ensembles de glycanes recouvrant la surface de la protéine sont représentés par des densités de points. Les glycanes du complexe fucosylé à 2 et 3 antennes (FA2 et FA3) et les glycanes oligomannose (OM) sont représentés en marron foncé, orange et vert. Région du site de liaison, qui comprend le motif de liaison au récepteur (résidus 438-506) et les résidus de liaison d'anticorps C105 (c'est-à-dire 403, 405, 406, 408, 409, 415-417, 420, 421, 449, 453, 455-460, 473- 477, 486, 487, 489, 493-496, 498, 500-505), est de couleur jaune. Ces résidus de site de liaison sont significativement plus exposés dans la conformation one-up, par rapport au cas all-down. (E) GEF résiduel du domaine RBD. Les résidus enfouis sont colorés en bleu. L'exposition augmente à mesure que la couleur change vers le blanc et le rouge.
Changement vers une population unitaire plus élevée
« En résumé, nos résultats suggèrent que l'exposition globale aux protéines reste globalement similaire entre les formes D et G, mais prédit une augmentation dramatique de l'état one-up avec la forme G », soulignent les auteurs de l'étude dans leur bioRxiv papier.
Cela signifie que l'on s'attend à ce que la liaison d'ACE2 et la liaison d'anticorps ciblant la RBD augmentent dans l'état one-up; par conséquent, un changement vers une population d'état unitaire plus élevée représente probablement un effet dominant de la substitution D614G.
En conséquence, une telle forme est également prévue comme étant beaucoup plus sensible à la neutralisation en raison d'une exposition accrue de la RBD, qui est une région cible principale pour les anticorps neutralisants.
Dans tous les cas, les données structurelles et les études mécanistes présentées ici, la sensibilité accrue des anticorps neutralisants, ainsi que l'augmentation expérimentalement déterminée de l'infectiosité font une histoire assez cohérente avec des implications thérapeutiques possibles.
*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.
