Le matériel génétique à l'intérieur des virus ne peut pas survivre longtemps sans une couche protectrice de protéines. Cependant, le processus par lequel ces protéines s'assemblent pour encapsuler (et donc protéger) le génome viral n'est pas bien compris - en particulier pour les coronavirus, qui ont de très grands génomes d'ARN. Une paire de chercheurs de l'Université de Californie à Riverside, aux États-Unis, et du Songshan Lake Materials Laboratory en Chine ont maintenant identifié les interactions en jeu lors de l'assemblage du SRAS-CoV-2, le coronavirus qui cause le COVID-19, et ont exploré comment ces interactions conduire à l'encapsidation du génome dans un nouveau virion. Le travail pourrait aider à la conception et au développement de médicaments pour lutter contre ce coronavirus et d'autres.
Le SRAS-CoV-2 contient quatre protéines structurelles : enveloppe (E) ; membrane (M); nucléocapside (N); et pointe (S). Les protéines M, E et S sont vitales pour assembler et former la couche la plus externe du virus, ou enveloppe, qui aide le virus à pénétrer dans les cellules hôtes tout en le protégeant des dommages.
Complexe ribonucléoprotéique compact
Dans le nouveau travail, le physicien UC-Riverside Roya Zandi et son ancien étudiant diplômé Siyu Li (qui est maintenant postdoctorant à Songhan Lake) a utilisé des outils informatiques connus sous le nom de modèles à gros grains pour simuler la façon dont le SRAS-CoV-2 se forme à partir de ces éléments constitutifs. Ces modèles imitent les composants viraux à grande échelle et fournissent des informations précieuses sur les processus d'assemblage des virus.
À l'aide de ces modèles, le couple a calculé que les protéines N condensent l'ARN viral pour former un complexe ribonucléoprotéique dit compact, qui est un assemblage de molécules constituées à la fois de protéines et d'ARN. Cet assemblage interagit alors avec les protéines M enchâssées dans la membrane lipidique. Enfin, un processus connu sous le nom de "bourgeonnement" du complexe ribonucléoprotéique a lieu, complétant la formation virale.
L'interaction entre les protéines N est très importante
Les chercheurs ont basé la forme de la protéine N dans leur modèle sur une structure bien connue décrite dans la littérature. "L'ARN est un polymère chargé négativement et il y a beaucoup de charges positives dans les protéines N", explique Zandi. "L'interaction entre les charges positives sur les protéines N et les charges négatives sur l'ARN entraîne la condensation de l'ARN."
Zandi raconte Monde de la physique que les interactions entre les protéines N se sont avérées très importantes dans la condensation de l'ARN. « Nous ne connaissions pas cet effet avant d'effectuer nos simulations », ajoute-t-elle.
La paire a également modélisé les protéines M en fonction de leur structure et de leur fonction, comme décrit dans la littérature. Ils ont conçu ces protéines de telle sorte qu'elles interagissent avec les protéines N et plient également la membrane. "Le modèle à gros grains nous a permis de comprendre les mécanismes d'oligomérisation des protéines, la condensation de l'ARN par les protéines structurales et les interactions membrane-protéine, prédisant les facteurs qui contrôlent l'assemblage du virus", explique Li.
La microscopie à super résolution révèle des machines de réplication de coronavirus
Dans le passé, Zandi note que la compréhension des facteurs qui contribuent à l'assemblage du virus a souvent conduit à de nouvelles stratégies thérapeutiques. Selon elle, les résultats de cette recherche, qui sont détaillés dans la revue Virus, pourraient de même aider à fournir les moyens de combattre le SRAS-CoV-2. "Le mécanisme d'assemblage que nous avons découvert pourrait éclairer la conception et le développement de petites molécules qui ciblent les protéines de structure virale, modifiant leurs fonctions pour perturber la fidélité du processus d'assemblage", dit-elle.
À plus long terme, Zandi pense que les nouveaux travaux pourraient même devenir une référence pour les expériences et les simulations microscopiques de tous les atomes. "Nous collaborons actuellement avec des groupes expérimentaux et informatiques pour la prochaine étape de nos investigations", révèle-t-elle. "En fin de compte, nous visons à connecter la recherche à plusieurs échelles pour poursuivre le développement continu de médicaments antiviraux pour arrêter les coronavirus dans leur phase d'assemblage."
