Des chercheurs aux États-Unis ont analysé la protéine non structurelle 2 (Nsp2) du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) afin de mieux comprendre sa fonction et d’orienter la découverte future de médicaments. Le document de recherche est actuellement disponible sur bioRxiv* serveur de pré-impression.
Étude: CryoEM et AI révèlent une structure de SARS-CoV-2 Nsp2, une protéine multifonctionnelle impliquée dans les processus clés de l’hôte. Crédit d’image: Naeblys / Shutterstock
Un agent causal de la pandémie de maladie à coronavirus en cours (COVID-19), le SRAS-CoV-2, produit deux grandes polyprotéines après être entrées dans nos cellules, qui sont ensuite transformées en 16 protéines non structurelles individuelles (nsp1-nsp16) par deux protéases virales . Ils remplissent une pléthore de fonctions virales essentielles – y compris la réplication de l’ARN et la formation de vésicules à double membrane.
Malgré leur rôle dans la pathogenèse virale, nombre de ces protéines non structurales n’ont pas encore été caractérisées fonctionnellement et structurellement. De plus, l’interface d’interaction exacte entre les protéines virales et hôtes est encore moins comprise.
Étant donné que les virus sont capables de détourner les nœuds centraux dans les voies des cellules hôtes, l’obtention de détails moléculaires de l’interaction virale-hôte peut entraîner une meilleure compréhension de la pathogenèse virale, ainsi que la découverte de cibles attrayantes pour le traitement antiviral, car le risque de générer une résistance.
La protéine Nsp2 du SRAS-CoV-2 est impliquée dans différents processus viraux; cependant, ses fonctions exactes restent inconnues. C’est pourquoi un groupe de recherche, dirigé par le Dr Meghna Gupta de l’Université de Californie à San Francisco, a présenté une structure détaillée de la protéine susmentionnée dans le nouveau rapport méthodologiquement robuste.
Sommaire
Prédire les structures protéiques
L’étude combine des données expérimentales obtenues par microscopie électronique cryogénique avec un algorithme prédictif développé par DeepMind de Google, AlphaFold2, qui prédit la structure des protéines.
« À notre connaissance, il s’agit de la première utilisation explicite des prédictions AlphaFold2 avec les contraintes d’une densité expérimentale de microscopie électronique cryogénique pour la construction de modèles », soulignent les auteurs de l’étude dans ce bioRxiv papier.
Compte tenu des connaissances sur la variation de séquence naturelle du SRAS-CoV-2 en combinaison avec des expériences de spectrométrie de structure et de masse, les chercheurs ont réussi à identifier deux surfaces Nsp2 clés nécessaires pour des interactions hôtes spécifiques.
Enfin, afin de mieux comprendre quelles régions de la protéine NSP2 sont fonctionnellement significatives, cette équipe de recherche a aligné des séquences de NSP2 sur des bêta-coronavirus que l’on trouve dans différentes espèces.
Nsp2 a un motif de liaison au zinc conservé mais montre par ailleurs une faible conservation. (A) Structure Nsp2 représentée sous forme de ruban et colorée par conservation (voir les méthodes pour plus de détails). Les quatre cystéines présentent la plus haute conservation et sont indiquées en rouge. L’insert agrandi montre le motif de ruban de zinc de Nsp2 en cyan aligné sur des motifs de ruban de zinc de structures structurellement similaires dans le PDB dans les tons de gris (PDB: 1JJ2, 5XON, 1QUP, 4C2M). (B) La structure d’IBV Nsp2 (PDB: 3LD1, ruban jaune) s’aligne bien sur la région C-terminale de SARS-CoV-2 Nsp2 (cyan) même si elle a moins de 10% d’identité de séquence.
Divers rôles de SARS-Cov-2 Nsp2
La structure résultante de cette étude montre un site de liaison à l’ion zinc hautement conservé, ce qui implique un rôle important pour Nsp2 dans la liaison de l’ARN. En outre, une cartographie détaillée des mutations émergentes des variants de SRAS-CoV-2 sur la structure résultante démontre les régions d’interaction hôte-Nsp2 potentielles.
Plus spécifiquement, ces travaux suggèrent un rôle supposé de Nsp2 dans la liaison de la transcription virale qui survient dans les complexes de réplication-transcription virale à l’initiation de la traduction du message viral.
En utilisant l’analyse structurale en combinaison avec des expériences de spectrométrie de masse de purification par affinité, les chercheurs ont également dévoilé des mutants Nsp2 qui sont incapables d’interagir avec différents complexes protéiques ou inhibiteurs de traduction.
Enfin, différents rôles biologiques et régions d’intérêt ont été découverts sur Nsp2, mais les expériences de spectrométrie de masse ciblant la mutation Nsp2 la plus répandue (T85I) n’ont trouvé aucun changement dans les interactions hôte de ce mutant.
Nsp2 possède plusieurs surfaces d’interaction pour les protéines hôtes. (A) Scores d’interaction (moyenne entre MiST et Saint Scores) pour les protéines humaines («proies») considérées comme des interactions de confiance élevée dans au moins un test de spectrométrie de masse de purification d’affinité («appât») et détectées pour interagir avec le type sauvage Nsp2 dans cette étude et dans Gordon et al (2020a). Les scores d’interaction vont de zéro à un, l’un étant le niveau de confiance le plus élevé. (B) Analyse statistique quantitative des données de spectrométrie de masse d’acquisition dépendante des données (DDA) à l’aide de MSstats pour les interactions sélectionnées et décrites dans A. Les intensités des proies ont été normalisées par l’abondance d’expression d’appât. Les changements de facteur Log2 et les valeurs p ajustées pour BH ont été calculés en comparant chaque mutant au type sauvage de cette étude. Les contours noirs carrés représentent des valeurs p ajustées <0,05. (C) Analyse de surveillance de réaction parallèle (PRM) de certaines proies de B pour les mutants trouvés pour posséder des interactions significativement modifiées (valeur de p ajustée <0,05). (D) Structure Nsp2 représentée comme surface (bleu clair) avec les mutations considérées dans cette étude représentées en surface: E63K / E66K (bleu foncé), K330D / K337D (rouge), D23Y / R27C (jaune), T85I (orange) et G262V / G265V (gris). Interactions perdues (valeur p ajustée <0,05) de l'analyse protéomique globale (DDA) d'acquisition dépendante des données à partir de B représenté en bleu et complexes de protéines gagnées représentés en rouge
Informer la conception future des médicaments
L’analyse de cette structure Nsp2 a révélé une surface protéique en évolution rapide qui a des conséquences potentielles pour l’interaction hôte-virus. Et bien que la conservation globale parmi les bêta-coronavirus soit faible, le motif de liaison au zinc est hautement conservé.
«Collectivement, la structure rapportée ici, combinée à la cartographie des interactions mutantes, fournit une base pour les études fonctionnelles de cette protéine de coronavirus conservée de manière évolutive et peut aider à la conception future de médicaments», concluent les auteurs de cette étude.
Il reste à voir comment les résultats de cette étude aideront à éclairer les recherches supplémentaires nécessaires pour le développement de nouveaux médicaments, mais aussi comment les efforts de cartographie des interactions protéiques peuvent révéler des cibles pour la réutilisation des médicaments.
*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.
