La protéine SARS-CoV-2 Neucleocapside (N) est fortement glycosylée

Structure du SRAS-CoV-2 montrant les protéines clés et la structure de la protéine de nucléocapside

Structure du SRAS-CoV-2 montrant les protéines clés et la structure de la protéine de nucléocapside

Huit mois après le début de la pandémie de COVID-19, il n'y a toujours pas de traitement totalement protecteur contre le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) qui a infecté des millions de personnes dans le monde. Des vaccins sont en cours d'élaboration dans une multitude d'institutions et de pays, ciblant principalement la protéine de pointe du virus. Cependant, la protéine de nucléocapside (N) est également extrêmement abondante et, par conséquent, une cible utile à la fois pour le développement de vaccins et de tests diagnostiques. Une nouvelle étude publiée sur le serveur de pré-impression bioRxiv * en août 2020 révèle la structure de cette protéine, une étape précieuse dans son utilisation à ces fins.

La protéine N s'est avérée avoir une masse de 45 à 60 kDa, ce qui suggère que des modifications post-traductionnelles (PTM) sont en cours. Ceux-ci doivent être clairement compris pour générer des vaccins efficaces, d'autant plus qu'il existe actuellement une controverse quant à savoir si la protéine N est glycosylée du tout. Découvrir la structure détaillée de la protéine N peut aider à comprendre comment les glycanes contribuent à la pathogénicité du virus et à l'efficacité du vaccin.

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Trois domaines et ce qu'ils font

La protéine N contient trois domaines hautement conservés, dont un domaine de liaison à l’ARN (NTD) N-terminal qui a des interactions électrostatiques avec l’extrémité 3’ du génome de l’ARN viral à travers une séquence de 55 résidus; un domaine de dimérisation C-terminal (CTD) et un domaine de liaison central riche en Ser / Arg (SR) au milieu de cette séquence. Le NTD se lie à l'ARN, tandis que le CTD intervient dans l'oligomérisation. Le linker riche en SR est principalement responsable de la phosphorylation. Il permet également des mouvements moléculaires afin que la protéine N puisse interagir avec d'autres composants cellulaires.

La protéine N interagit avec les molécules d'ARN pendant le cycle de vie du virus dans la cellule hôte, y compris la réplication virale, la condensation du génome et l'empaquetage. De telles interactions entraînent la formation de longues hélices de ribonucléoprotéine (RNP), qui peuvent constituer la partie hélicoïdale externe de la nucléocapside. Le noyau sphérique / icosaédrique interne est composé de la protéine N, de l'ARN et du domaine de dimérisation de la protéine M.

À l'extrémité C-terminale, il interagit avec la protéine membranaire (M) dont la coquille est composée pour former la capside du génome lorsque les virions bourgeonnent. Ainsi, la protéine N participe à la formation de la structure CoV via de multiples interactions, tout en régulant également de multiples fonctions virales telles que la transcription, la réplication et la modulation des réponses des cellules hôtes.

Inhiber les défenses antivirales

Auparavant, les MERS et les SARS CoV avaient des protéines N, qui s'opposaient à l'action des interférons (IFN), et cela se reflète également dans les résultats préliminaires de l'étude de la protéine SARS-CoV-2 N. Les IFN sont des cytokines qui contribuent à la signalisation immunitaire, en particulier les IFN de types I et III, qui initient des défenses antivirales dans la cellule hôte. La protéine N module ainsi la réponse immunitaire innée de l'hôte et réduit la réponse antivirale, prédisposant à une infection sévère. Les chercheurs citent des recherches récentes: «Une étude récente a révélé que le patient décédé avait des réponses anticorps plus fortes contre la protéine N tandis que les survivants avaient une réponse anticorps beaucoup plus forte contre la protéine S, soulignant l'importance de la protéine N dans l'issue de la maladie.« 

Potentiel de diagnostic

Encore une fois, des études récentes ont montré que la protéine N peut être détectée dans les échantillons de gargarisme et les prélèvements nasopharyngés. Cela pourrait fournir un point de départ pour des tests COVID-19 rapides et à grande échelle, en utilisant la spectrométrie de masse en tandem plutôt que la réaction en chaîne par polymérase (PCR) et les tests basés sur des anticorps.

Potentiel immunogène

Troisièmement, des études sur des échantillons prélevés sur des patients atteints du SRAS-CoV-2 montrent que la majorité des 26 sites antigéniques ciblés par des lymphocytes T spécifiques ne sont pas dérivés de la protéine de pointe (S). En fait, six de ces épitopes immunodominants proviennent de la protéine N, ce qui en fait un candidat vaccin potentiel qui peut induire des réponses de lymphocytes T CD8 dirigées explicitement à la fois contre le pic et d'autres protéines virales.

Identification des résidus de glycane

Les premières études montrent que la protéine N est phosphorylée, en fait la seule protéine de ce type SARS-CoV-2 et subit des changements conformationnels secondaires à la phosphorylation. Cependant, son état de glycosylation n'est pas clair. Certaines recherches utilisant le séquençage des acides aminés et la détection logicielle des glycanes suggèrent que des N- et O-glycanes sont probablement présents. L'étude actuelle se concentre sur l'utilisation de techniques de spectrométrie de masse pour identifier les PTM dans la protéine N.

Les chercheurs ont mené des études détaillées sur les résidus glycane et glycoprotéine décorant cette protéine à l'aide d'une protéine N recombinante exprimée en culture cellulaire. Ils ont découvert qu'il avait une région riche en Ser / Arg (riche en S / R), qui peut contenir plusieurs sites de phosphorylation. La phosphorylation peut contribuer à la régulation de la fonction de la protéine N et de ses interactions avec les protéines M. En outre, ils ont détecté plusieurs sites de glycosylation et évalué l'occupation des glycanes.

Liaison N- et O-Glycan

Il y avait cinq sites potentiels de N-glycosylation sur la protéine N, dont une liaison de N-glycane avec des profils distinctifs a été détectée sur deux sites, ainsi qu'un site de phosphorylation. L'un des sites de N-glycosylation avait une occupation supérieure à 50%. Le NTD a un N-glycosylation et trois sites d'O-glycosylation, selon les résultats actuels, qui peuvent être des régulateurs de la liaison de l'ARN.

Dans le CTD, les chercheurs ont observé de petites quantités d'O-glycosylation sur deux sites et de N-glycosylation sur un site. Leur rôle dans la dimérisation et l'auto-association de la protéine doit être exploré de toute urgence, affirment les chercheurs. Dans l'ensemble, ils ont trouvé plusieurs résidus O-glycanes attachés à sept sites, ainsi que des O-glycanes moins abondants sur quatre autres sites.

De plus, ils ont étudié l'occupation des sites de glycosylation, ainsi que les différences dans la nature et l'occupation de ces sites dans différentes variantes de la protéine. Ils ont examiné les liens entre l'acide sialique et le fucose.

Attributs Glycan

La plupart des glycanes étaient des glycanes à haute teneur en mannose et complexes, représentant 73% du total, les N-glycanes hybrides formant un peu plus d'un cinquième. Ils ont également trouvé que les N-glycanes étaient présents à 5% du total. Les O-glycanes qu'ils ont identifiés sur la protéine N appartenaient à quatre types, du Core 1 au Core 4, mais 96% appartenaient aux deux premiers types. Certains N-glycanes rares avec des liaisons inhabituelles ont été observés. Cela pourrait indiquer, comme dans d'autres voies biologiques, que ces glycanes jouent un rôle essentiel et sont la clé d'une infection virale réussie. Ces glucides peuvent être ciblés par les cellules de reconnaissance immunitaire ainsi que par les voies innées et adaptatives.

Les chercheurs prédisent que ces résultats sur la O- et N-glycosylation de la protéine virale N « pourrait être un aspect clé dans le développement d'agents thérapeutiques qui bloquent spécifiquement et efficacement la réplication, la transcription et l'assemblage viral du coronavirus. »

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