Les chercheurs découvrent l’architecture des noyaux de poxvirus

Une récente réémergence et une épidémie de mpox ont ramené les poxvirus en tant que menace pour la santé publique, soulignant un important manque de connaissances à leur base. Aujourd’hui, une équipe de chercheurs de l’Institut des sciences et technologies d’Autriche (ISTA) a levé les mystères de l’architecture du noyau poxviral en combinant diverses techniques de microscopie cryoélectronique avec la modélisation moléculaire.

Les résultats, publié dans Nature Biologie structurale et moléculairepourrait faciliter les recherches futures sur les traitements ciblant le noyau du poxvirus.

Le virus de la variole, le poxvirus le plus connu et l’un des virus les plus mortels à avoir touché l’homme, a fait des ravages en provoquant la variole jusqu’à son éradication en 1980. L’éradication a réussi grâce à une vaste campagne de vaccination utilisant un autre poxvirus, le bien nommé virus de la vaccinie.

La réémergence et l’épidémie du virus mpox en 2022-2023 nous ont rappelé une fois de plus que les virus trouvent le moyen de revenir au premier plan en tant que menaces pour la santé publique. Il est important de noter que cela a mis en lumière les questions fondamentales sur les poxvirus qui restent sans réponse à ce jour.

L’une de ces questions fondamentales est littéralement au cœur du problème. « Nous savons que pour que les poxvirus soient infectieux, leur noyau viral doit être correctement formé. Mais de quoi est constitué ce noyau poxviral et comment ses composants individuels s’assemblent et fonctionnent-ils ? » » demande le professeur adjoint de l’ISTA Florian Schur, l’auteur correspondant de l’étude.

Schur et son équipe mettent désormais le doigt sur le chaînon manquant : une protéine appelée A10. Il est intéressant de noter que l’A10 est commun à tous les poxvirus cliniquement pertinents. De plus, les chercheurs ont découvert que l’A10 agit comme l’un des principaux éléments constitutifs du noyau poxviral. Ces connaissances pourraient être déterminantes pour les recherches futures sur les traitements ciblant le noyau poxviral.

« Les techniques cryo-EM les plus avancées disponibles aujourd’hui »

Le noyau viral est l’un des facteurs communs à toutes les formes infectieuses de poxvirus. « Des expériences antérieures en virologie, biochimie et génétique ont suggéré plusieurs protéines principales candidates pour les poxvirus, mais aucune structure dérivée expérimentalement n’était disponible », explique l’ISTA Ph.D. étudiante Julia Datler, l’une des co-premiers auteurs de l’étude.

Ainsi, l’équipe a commencé par prédire informatiquement les modèles des principales protéines candidates, en utilisant le désormais célèbre outil de modélisation moléculaire basé sur l’IA, AlphaFold. Parallèlement, Datler posait les bases biochimiques et structurelles du projet en s’appuyant sur sa formation en virologie et sur la principale expertise du groupe Schur : la microscopie électronique cryogénique, ou cryo-EM en abrégé.

« Nous avons intégré bon nombre des techniques cryo-EM les plus avancées disponibles aujourd’hui avec la modélisation moléculaire AlphaFold. Cela nous a donné, pour la première fois, une vue globale détaillée du noyau poxviral – le « sûr » ou le « bioréacteur » à l’intérieur du virus qui entoure le virus. le génome viral et le libère dans les cellules infectées », explique Schur.

« C’était un peu un pari, mais nous avons finalement réussi à trouver la bonne combinaison de techniques pour examiner cette question complexe », explique le postdoctorant Jesse Hansen, co-premier auteur de l’étude dont l’expertise dans diverses techniques de biologie structurale et méthodes de traitement d’images a été déterminant pour le projet.

Une vue globale en 3D du poxvirus

Les chercheurs de l’ISTA ont examiné les virions matures du virus de la vaccinie « vivants » et les noyaux poxviraux purifiés sous tous les angles possibles, littéralement.

« Nous avons combiné la cryo-EM à particule unique « classique », la tomographie cryoélectronique, la moyenne des sous-tomogrammes et l’analyse AlphaFold pour obtenir une vue globale du noyau poxviral », explique Datler. Grâce à la cryo-tomographie électronique, les chercheurs peuvent reconstituer des volumes 3D d’un échantillon biologique aussi gros qu’un virus entier en acquérant des images tout en inclinant progressivement l’échantillon.

« C’est comme faire un scanner du virus », explique Hansen. « La tomographie cryoélectronique, la » spécialité « de notre laboratoire, nous a permis d’obtenir des résolutions au niveau nanométrique de l’ensemble du virus, de son noyau et de son intérieur », explique Schur.

De plus, les chercheurs ont pu adapter les modèles AlphaFold aux formes observées comme un puzzle et identifier les molécules qui constituent le noyau du poxvirus. Parmi celles-ci, la protéine centrale candidate A10 s’est démarquée comme l’un des composants majeurs.

« Nous avons constaté que l’A10 définit les éléments structurels clés du noyau des poxvirus », explique Datler. Schur ajoute : « Ces résultats constituent une excellente ressource pour interpréter des éléments de données structurelles et virologiques générés au cours des dernières décennies. »

Un chemin difficile pour découvrir les noyaux poxviraux

Le chemin vers ces découvertes était presque simple. « Dès le début, nous avons dû trouver notre propre voie », explique Datler. Tirant parti de son expertise en biochimie, virologie et biologie structurale, Datler a isolé, propagé et purifié des échantillons du virus de la vaccine et a établi les protocoles pour purifier le noyau viral complet, tout en optimisant ces échantillons pour les études structurelles.

« Sur le plan structurel, il était extrêmement difficile d’étudier ces noyaux de virus. Mais heureusement, notre persévérance et notre optimisme ont porté leurs fruits », déclare Hansen.

Les chercheurs de l’ISTA sont convaincus que leurs résultats pourraient fournir une plate-forme de connaissances pour les futures thérapies visant à cibler les noyaux poxviraux.

« Par exemple, on pourrait penser à des médicaments qui empêchent le noyau de s’assembler, voire de se désassembler et de libérer l’ADN viral pendant l’infection. En fin de compte, la recherche fondamentale sur les virus, comme celle menée ici, nous permet d’être mieux préparés contre d’éventuelles futures épidémies virales. » conclut Schur.