Dans un article de recherche récent actuellement disponible sur bioRxiv* serveur de préimpression, des scientifiques de l’Université d’Oxford au Royaume-Uni et de l’Université d’Auckland en Nouvelle-Zélande ont identifié plusieurs spécificités structurelles du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) qui pourraient servir de points de départ viables pour le développement et l’optimisation des inhibiteurs viraux contre la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) et d’autres menaces futures.
Étude : Les structures cristallines et le criblage de fragments de SARS-CoV-2 NSP14 révèlent les détails de l’activation de l’exoribonucléase et du coiffage de l’ARNm et fournissent des points de départ pour le développement de médicaments antiviraux. Crédit d’image : NIAID
Malgré les nombreux succès de la campagne mondiale de vaccination contre le COVID-19, il y a actuellement un manque de médicaments efficaces pour traiter les personnes infectées par le SRAS-CoV-2, ce qui signifie que l’identification de composés prometteurs est actuellement une priorité de recherche.
Nous savons que le SRAS-CoV-2 possède un génome relativement grand, à sens positif et simple brin composé d’acide ribonucléique (ARN), composé de 12 cadres de lecture ouverts fonctionnels (ORF) responsables du codage de quatre protéines structurelles, six protéines accessoires , et 16 protéines non structurelles.
Ces protéines non structurelles sont essentiellement la machinerie de la réplication virale, y compris l’ARN polymérase dépendante de l’ARN, les protéases, la primase, l’hélicase, les nucléases et une pléthore d’enzymes impliquées dans le coiffage de l’ARN. L’une des plus importantes est une protéine bifonctionnelle connue sous le nom de NSP14.
Sommaire
Un rôle spécifique de NSP14 dans le SARS-CoV-2
Il convient de noter que le SARS-CoV-2 NSP14 contient un domaine exoribonucléase de type DEDDh N-terminal (ExoN) et un domaine guanine-N7 méthyltransférase dépendant de SAM C-terminal (N7-MTase). Ceci est important à souligner, car l’ExoN susmentionné joue un rôle dans la relecture de l’ARN, ce qui aide à préserver l’intégrité du génome viral en supprimant les nucléotides incompatibles.
Cette activité est considérablement renforcée par l’interaction de NSP14 avec la protéine activatrice et la protéine de liaison au zinc connue sous le nom de NSP10. Bien que cette interaction améliore considérablement l’activité nucléase, mais pas l’activité méthyltransférase, les deux activités enzymatiques semblent être essentielles pour le cycle de vie viral et, par conséquent, peuvent être ciblées avec des thérapeutiques antivirales.
Les complexes de ces deux protéines ont été résolus par cristallographie et microscopie électronique cryogénique, et plus récemment, des études ont approfondi la relation entre le domaine SARS-CoV-2 NSP14-ExoN en complexe avec NSP 10.
Dans cette nouvelle étude, le Dr Nergis Imprachim, le Dr Yuliana Yosaatmadja et le Dr Joseph A Newman ont initialement élucidé la structure cristalline du SARS-CoV-2 NSP14 en l’absence de NSP10 à une résolution de 1,7 angström, puis l’ont comparée à la structure des complexes NSP14/NSP10.
Structure de NSP14 en l’absence de NSP10. (A) Structure globale de NSP14 avec le domaine ExoN coloré en jaune, le domaine charnière en vert et le domaine MTase bleu, les ions zinc sont représentés par des sphères grises. (B) Vue rapprochée du domaine ExoN avec les régions qui ont été observées pour changer de conformation surlignées en couleur « sable ». (C) Structure du domaine ExoN du SRAS-CoV NSP14 en complexe avec NSP10 (représenté en rose) vu de la même orientation que pour le panneau B. (D) L’interaction entre NSP14 et NSP10 a été décrite comme « la main sur le poing » , selon la même logique, les « doigts » de NSP14 s’effondrent vers le noyau ressemblant à un « poing » fermé.
Identifier les changements conformationnels
Le résultat le plus important de cette étude a été l’identification des changements conformationnels observés dans le domaine NSP14 ExoN lors de la liaison de NSP10. Cela inclut des mouvements substantiels et des transitions d’hélice à bobine qui facilitent la formation du site actif ExoN et en même temps, fournissent une explication de la stimulation de l’activité nucléase par NSP10.
En outre, divers changements conformationnels ont également été observés dans le site actif de la MTase dans une boucle d’interaction spécifique qui joue un rôle crucial dans le coiffage de l’ARNm viral. De nouvelles connaissances sur l’activité enzymatique de la MTase ont également été observées, ouvrant la porte à d’autres travaux dans ce domaine.
De plus, les chercheurs ont utilisé des cristaux à haute résolution pour effectuer un criblage de fragments aux rayons X de NSP14, révélant 72 hits liés à des sites potentiels d’inhibition des domaines ExoN et MTase. En tant que l’une des cibles les plus conservées du génome coronaviral, NSP14 peut être une excellente cible pour les agents antiviraux à large spectre.
Le site actif NSP14 ExoN est formé lors de la liaison à NSP10. (A) Vue du domaine ExoN du complexe NSP14 NSP10 lié à un mésappariement contenant une molécule d’ARN double brin comme récemment résolu par cryo EM9. Les résidus clés du centre catalytique sont présentés sous forme de bâtonnet et les éléments de structure secondaire qui forment le site actif plus large sont marqués. (B) Vue du domaine NSP14 ExoN en l’absence de NSP10, le mésappariement contenant l’ARN est montré pour référence et forme des conflits stériques significatifs avec des résidus qui constituent l’extrémité N-terminale effondrée (montrée en couleur sable). (C) Vue agrandie du centre catalytique du site actif du complexe d’ARN NSP14 NSP10 avec des résidus de coordination d’ions métalliques marqués. (D) NSP14 en l’absence de NSP10 vu de la même orientation. Un cluster hydrophobe adjacent au site actif (représenté en couleur sable) fait basculer H188 dans une position où il perturbe probablement la liaison de M2 (représenté à titre de référence sous forme de sphères vertes semi-transparentes).
Aperçus clés pour le développement de médicaments anti-SARS-CoV-2
Les structures identifiées dans cet article peuvent servir d’outils de point de départ exceptionnels pour le développement et l’optimisation guidés par la structure d’inhibiteurs NSP14 spécifiques, qui peuvent être utilisés pour lutter contre le COVID-19 et potentiellement d’autres futures menaces virales.
« Il est important de noter que ces fragments sont trempés dans des cristaux à des concentrations relativement élevées et bien qu’ils puissent avoir une bonne efficacité de ligand, on ne s’attend pas à ce qu’ils soient de puissants inhibiteurs sans optimisation supplémentaire », déclarent les auteurs de l’étude dans ce bioRxiv papier.
Dans tous les cas, cette étude conclut que le site actif du domaine MTase médicamenteux peut être le meilleur endroit pour commencer le développement d’antiviraux à large spectre qui peuvent être un ajout précieux à notre arsenal contre la pandémie de COVID-19 en cours.
*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, guider la pratique clinique/les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.
