Le génome du virus SARS-CoV-2 code pour 29 protéines, dont un canal ionique appelé E. Ce canal, qui transporte des protons et des ions calcium, incite les cellules infectées à déclencher une réponse inflammatoire qui endommage les tissus et contribue aux symptômes. du COVID-19.
Les chimistes du MIT ont maintenant découvert la structure de l’état « ouvert » de ce canal, qui permet aux ions de circuler. Cette structure, combinée à la structure d’État « fermée » signalée par le même laboratoire en 2020, pourrait aider les scientifiques à comprendre ce qui déclenche l’ouverture et la fermeture du canal. Ces structures pourraient également guider les chercheurs dans le développement de médicaments antiviraux qui bloquent le canal et aident à prévenir l’inflammation.
« Le canal E est la cible d’un médicament antiviral. Si vous pouvez empêcher le canal d’envoyer du calcium dans le cytoplasme, vous disposez alors d’un moyen de réduire les effets cytotoxiques du virus », explique Mei Hong, professeur de chimie au MIT et directeur principal de l’étude. auteur de l’étude.
Joao Medeiros-Silva, postdoctorant au MIT, est l’auteur principal de l’étude, qui paraît dans Avancées scientifiques. Les postdoctorants du MIT, Aurelio Dregni et Pu Duan, ainsi que l’étudiant diplômé Noah Somberg sont également les auteurs de l’article.
Ouvert et fermé
Hong possède une vaste expérience dans l’étude des structures des protéines intégrées dans les membranes cellulaires. Ainsi, lorsque la pandémie de COVID-19 a commencé en 2020, elle a tourné son attention vers le canal E du coronavirus.
Lorsque le SRAS-CoV-2 infecte les cellules, le canal E s’intègre à l’intérieur de la membrane qui entoure un organite cellulaire appelé compartiment intermédiaire ER-Golgi (ERGIC). L’intérieur de l’ERGIC présente une concentration élevée de protons et d’ions calcium, que le canal E transporte hors de l’ERGIC et dans le cytoplasme cellulaire. Cet afflux de protons et de calcium conduit à la formation de complexes multiprotéiques appelés inflammasomes, qui induisent une inflammation.
Pour étudier les protéines intégrées à la membrane telles que les canaux ioniques, Hong a développé des techniques qui utilisent la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN) pour révéler les structures au niveau atomique de ces protéines. Dans des travaux antérieurs, son laboratoire a utilisé ces techniques pour découvrir la structure d’une protéine de la grippe connue sous le nom de canal protonique M2, qui, comme la protéine E du coronavirus, consiste en un faisceau de plusieurs protéines hélicoïdales.
Au début de la pandémie, le laboratoire de Hong a utilisé la RMN pour analyser la structure du canal E du coronavirus à pH neutre. La structure résultante, rapportée en 2020, se composait de cinq hélices étroitement regroupées dans ce qui semblait être l’état fermé du canal.
« En 2020, nous avions mûri toutes les technologies RMN pour résoudre la structure de ce type de faisceaux alpha-hélicoïdaux dans la membrane, nous avons donc pu résoudre la structure E fermée en six mois environ », explique Hong.
Une fois la structure fermée établie, les chercheurs ont entrepris de déterminer la structure de l’état ouvert du canal. Pour inciter le canal à prendre la conformation ouverte, les chercheurs l’ont exposé à un environnement plus acide, ainsi qu’à des niveaux d’ions calcium plus élevés. Ils ont constaté que dans ces conditions, l’ouverture supérieure du canal (la partie qui s’étendrait dans l’ERGIC) devenait plus large et recouverte de molécules d’eau. Cette couche d’eau rend le canal plus invitant à l’entrée des ions.
Cette ouverture de pore contient également des acides aminés avec des chaînes latérales hydrophiles qui pendent du canal et aident à attirer les ions chargés positivement.
Les chercheurs ont également découvert que si le canal fermé présente une ouverture très étroite en haut et une ouverture plus large en bas, l’état ouvert est à l’opposé : plus large en haut et plus étroit en bas. L’ouverture au fond contient également des acides aminés hydrophiles qui aident à attirer les ions à travers une étroite « porte hydrophobe » au milieu du canal, permettant aux ions de sortir éventuellement dans le cytoplasme.
Près de la porte hydrophobe, les chercheurs ont également découvert une « ceinture » étroite composée de trois copies de phénylalanine, un acide aminé doté d’une chaîne latérale aromatique. Selon la façon dont ces phénylalanines sont disposées, les chaînes latérales peuvent soit s’étendre dans le canal pour le bloquer, soit s’ouvrir pour permettre aux ions de passer à travers.
« Nous pensons que la conformation de la chaîne latérale de ces trois résidus de phénylalanine régulièrement espacés joue un rôle important dans la régulation de l’état fermé et ouvert », explique Hong.
Ciblage viral
Des recherches antérieures ont montré que lorsque les virus SARS-CoV-2 sont mutés de manière à ne pas produire le canal E, les virus génèrent beaucoup moins d’inflammation et causent moins de dommages aux cellules hôte.
En collaboration avec des collaborateurs de l’Université de Californie à San Francisco, Hong développe actuellement des molécules qui pourraient se lier au canal E et empêcher les ions de le traverser, dans l’espoir de générer des médicaments antiviraux qui réduiraient l’inflammation produite par le SRAS-CoV-2. .
Son laboratoire prévoit également d’étudier comment les mutations des variantes ultérieures du SRAS-CoV-2 pourraient affecter la structure et la fonction du canal E. Dans la variante omicron, l’un des acides aminés hydrophiles ou polaires trouvés dans l’ouverture des pores est muté en un acide aminé hydrophobe appelé isoleucine.
« La variante E de l’omicron est quelque chose que nous souhaitons étudier ensuite », a déclaré Hong. « Nous pouvons créer un mutant et voir comment la perturbation de ce réseau polaire modifie l’aspect structurel et dynamique de cette protéine. »
Plus d’information:
Joao Medeiros-Silva et al, Structure atomique de la viroporine ouverte SARS-CoV-2 E, Avancées scientifiques (2023). DOI : 10.1126/sciadv.adi9007. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi9007
Cette histoire est republiée avec l’aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l’actualité de la recherche, de l’innovation et de l’enseignement du MIT.