À l’aide de simulations, une équipe de chercheurs aux États-Unis a découvert que le glycane en position N343 du domaine de liaison au récepteur (RBD) de la protéine de pointe du syndrome respiratoire aigu sévère du coronavirus 2 (SARS-CoV-2) aide à son ouverture. Un mécanisme qui facilite sa liaison au récepteur de la cellule hôte.
La structure clé du SRAS-CoV-2 qui lui permet d’infecter les cellules hôtes est la protéine de pointe, qui est présente à la surface du virus. Parmi les nombreuses structures de la protéine de pointe définies, la plupart sont des conformations où la RBD est en configuration ascendante ou descendante. La RBD est responsable de l’interaction avec l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2) des cellules hôtes et de la médiation de l’entrée du virus.
Pour l’entrée virale, le RBD passe d’un état bas à un état haut, ce qui le rend accessible à ACE2. Des études antérieures ont montré que la protéine de pointe transitions entre quatre conformations différentes, en fonction de la présence d’ACE2 et d’anticorps.
Les simulations de dynamique moléculaire (MD) ont indiqué que la protéine de pointe est protégée par des glycanes et que les glycanes à N165 et N234 soutiennent le RBD dans la configuration ouverte. Bien que plusieurs simulations MD aient été effectuées, elles n’incluent pas la glycosylation de la protéine de pointe ou nécessitent un échantillonnage significatif de l’ordre de la milliseconde. La microscopie cryoélectronique (EM) a révélé les conformations ascendantes et descendantes du RBD, mais il est difficile d’étudier expérimentalement le processus d’ouverture du RBD.
Simuler l’ouverture de la protéine de pointe
Dans un nouvel article publié sur le bioRxiv * preprint server, les chercheurs rapportent les résultats de simulations sur la voie d’ouverture RBD pour la protéine de pointe SARS-CoV-2 entièrement glycosylée.
Les chercheurs ont utilisé une stratégie d’échantillonnage de chemin par ensemble pondéré (WE) pour simuler les chemins atomistiques pour l’ouverture de la protéine de pointe. WE se concentre sur les transitions fonctionnelles entre les états stables plutôt que sur les états eux-mêmes. En exécutant plusieurs trajectoires parallèles, le temps passé dans l’état stable à attendre les transitions au-dessus de la barrière d’énergie est minimisé, ce qui le rend plus efficace que les simulations MD conventionnelles. La stratégie WE génère des voies continues fournissant les vues atomistiques les plus directes pour analyser les transitions fonctionnelles et les états transitoires trop rapides pour être capturés par des expériences de laboratoire.
L’équipe a effectué des simulations sur des supercalculateurs en parallèle pendant plus d’un mois, simulant 310 voies indépendantes. Cela comprenait 204 voies de la RBD à la configuration ascendante et 106 voies de la RBD à des voies ouvertes. L’état ouvert comprenait des conformations similaires aux structures cryo-EM de la protéine de pointe liée à ACE2.
Le RBD à l’état bas est protégé par des glycanes à N165, N234 et N343, qui stabilisent également le RBD dans la conformation ascendante. Les simulations WE suggèrent que le glycane N343 agit comme une «porte glycane» et pousse le RBD et forme des contacts avec plusieurs résidus d’ACE2.
Les auteurs ont d’abord vu cela dans plusieurs voies par lesquelles la protéine de pointe s’ouvre, puis ont analysé toutes les 310 voies où le glycane N343 a formé des contacts avec les résidus ACE2 pour confirmer ce mécanisme de déclenchement.
Le glycane N343 aide à ouvrir la RBD
Pour étudier le rôle du glycane N343 en tant que résidu de déclenchement, l’équipe a utilisé des expériences d’interférométrie biocouche, qui évaluent la liaison de la protéine de pointe à ACE2 et comment l’ouverture de RBD est affectée par les mutations. Des études antérieures ont suggéré que les mutations N165A et N234A sur la protéine de pointe diminuent la liaison de l’ACE2 de 10% et 40%, respectivement. Ils ont trouvé une mutation en position N343, un variant N343A, diminuant la liaison de la protéine de pointe à ACE2 de près de 56%, plus que celles observées pour les autres variantes.
Cela suggère que la conformation RBD up est grandement affectée par la glycosylation à la position N343. D’autres expériences ont identifié R408A, D405A et D427A comme des résidus protéiques de pointe clés qui réduisent la liaison ACE2 d’environ 13%, 27% et 52%, respectivement, suggérant que ces résidus aident également à l’ouverture de RBD.
Glycan gating par N343. (AD) Configurations instantanées le long de la voie d’ouverture avec la chaîne A représentée en cyan, la chaîne B en gris, la chaîne C en rose et le glycane à la position N343 est représenté en magenta. (A) RBD A dans la conformation vers le bas est protégé par le glycane à la position N343 du RBD B adjacent (BD) Le glycane N343 s’intercale entre et sous les résidus F490, Y489, F456, F457 pour pousser le RBD vers le haut et ouvrir ( RÉ).
Dans la conformation descendante RBD, il existe une liaison hydrogène et plusieurs ponts salins entre différents résidus. Lorsque le RBD s’ouvre, plusieurs ponts salins sont rompus et certains se forment à nouveau avec des résidus différents jusqu’à ce que finalement, il n’y ait qu’un seul contact entre le RBD et la sous-unité S1 de la protéine de pointe, le glycane à la position N165.
Selon les résultats de la simulation, les nouveaux variants de SARS-CoV-2, B.1, B1.1.7, B1.351 et P1, découverts récemment n’ont pas de mutations dans les résidus qui facilitent l’ouverture de la RBD. Les résultats de la simulation indiquent que le glycane à N343 est essentiel pour le déclenchement et l’aide au processus d’ouverture de RBD.
*Avis important
bioRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas examinés par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, orienter la pratique clinique / les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.
