Les chercheurs essaient de faire éclater le SARS-CoV-2 avec une pointe AFM

Des chercheurs de l'Université de Semmelweis et du Centre national de santé publique en Hongrie ont mené une étude d'imagerie montrant que le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2), l'agent responsable de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19), est très dynamique et un virus résilient.

Le virus affiche également des stabilités globales et thermiques remarquables, explique l'équipe.

Miklós Kellermayer (Université Semmelweis) et ses collègues affirment que la dynamique des protéines de pointe trouvées à la surface du virus peut contribuer à l'infectivité inhabituelle du SRAS-CoV-2, tandis que ses propriétés mécaniques et sa capacité à s'auto-guérir peuvent contribuer à sa capacité. pour s'adapter à des conditions environnementales très variées.

Les chercheurs affirment également que l'approche à particule unique utilisée dans cette étude pourrait être utile non seulement pour faire la lumière sur les propriétés mécaniques sous-jacentes à l'infection par le SRAS-CoV-2, mais également pour étudier comment le virus répond aux thérapies potentielles.

Une version pré-imprimée du papier est disponible sur le serveur bioRxiv *, tandis que l'article fait l'objet d'un examen par les pairs.

Informations structurelles jusqu'à présent

Le SRAS-CoV-2 est un virus à ARN simple brin avec une couche de protéines de pointe en forme de couronne sur sa surface qui sont fondamentales pour le processus d'infection.

Des informations structurelles récentes acquises à l'aide de cristaux de protéines purifiées ou de virions fixes et congelés indiquent que les charnières de la protéine de pointe fournissent une flexibilité structurelle et que les ribonucléoprotéines (RNP) sont séparées en structures sphériques en forme de panier.

Cependant, la façon dont ces caractéristiques structurelles contribuent aux comportements dynamiques et mécaniques du SARS-CoV-2 natif reste incertaine.

Qu'est-ce que cette étude a révélé?

Maintenant, Kellermayer et ses collègues ont appliqué la microscopie à force atomique (AFM) et la spectroscopie à force moléculaire pour étudier la structure topographique et les propriétés nanochimiques des virions natifs du SARS-CoV-2 fixés chimiquement.

Les images ont révélé des virions sphériques de dimensions variées et une surface robuste avec des protubérances que l'équipe a identifiées comme des protéines de pointe. En utilisant l'AFM à haute résolution, des protéines de pointe individuelles ont été identifiées et l'équipe a calculé qu'en moyenne, la surface virale affiche 61 de ces protéines.

«Ce nombre dépasse ceux rapportés récemment, ce qui suggère que le nombre de pics est très variable et peut être régulé pendant l'assemblage et la maturation du virus», écrit l'équipe.

Les chercheurs disent que le trouble de flexion qu'ils ont observé soutient les données antérieures de la microscopie cryoélectronique indiquant un degré élevé de flexibilité des pics, et ils suggèrent que ce trouble est dû à la forte mobilité des protéines des pics dans l'enveloppe virale.

Pour contrer les effets de la fixation chimique et étudier la dynamique des pics in situ, l'équipe a exploré la topographie des virions natifs non fixés.

Les pointes ont fluctué rapidement et dynamiquement dans un espace restreint par le col flexible des protéines. Les chercheurs affirment qu'il est probable que le mouvement des pics soit dicté par la dynamique brownienne du domaine de liaison au récepteur (RBD), qui peut être considéré comme une particule captive.

Kellermayer et ses collègues soupçonnent que le mouvement rapide des pics permet au SRAS-CoV-2 d'effectuer une recherche dynamique efficace des surfaces des cellules hôtes cibles, ce qui peut expliquer pourquoi il est au moins aussi infectieux que le virus de la grippe, bien qu'il ait beaucoup moins de protéines de pointe ( environ 60 contre 350).

Structure topographique des virions du SRAS-CoV-2 traités avec 5% de glutaraldéhyde pour la préservation structurale. une. Schémas de balayage des virions liés à la surface du substrat avec la pointe AFM. PLL: pol-L-lysine. b. Image AFM d'une zone d'échantillon globale (1,5 x 1,5 μm). c. Image AFM agrandie des virions du SRAS-CoV-2. Les surfaces des virions sont recouvertes de protubérances qui correspondent à des pointes (trimères de protéine S). Graphique du profil topographique en médaillon mesuré le long du centre de l'un des virions (ligne pointillée). Le tracé de profil révèle une surface robuste. ré. Image rendue en 3D d'un virion du SRAS-CoV-2. Un virion quelque peu aplati est observé, indiquant une flexibilité globale du virion. e. Image AFM haute résolution d'un virion SRAS-CoV-2 affichant une vue axiale des trimères S. je. Image AFM du virion entier. ii. Image agrandie et contrastée de la zone rectangulaire. iii. La même image AFM avec des triangles superposés indiquant l'orientation du trimère S. Les pointes présentent apparemment des troubles de translation, de rotation et de flexion en raison de leur flexibilité.

Structure topographique des virions du SRAS-CoV-2 traités avec 5% de glutaraldéhyde pour la préservation structurale. une. Schémas de balayage des virions liés à la surface du substrat avec la pointe AFM. PLL: pol-L-lysine. b. Image AFM d'une zone d'échantillon globale (1,5 x 1,5 μm). c. Image AFM agrandie des virions du SRAS-CoV-2. Les surfaces des virions sont recouvertes de protubérances qui correspondent à des pointes (trimères de protéine S). Graphique du profil topographique en médaillon mesuré le long du centre de l'un des virions (ligne pointillée). Le tracé de profil révèle une surface robuste. ré. Image rendue en 3D d'un virion du SRAS-CoV-2. Un virion quelque peu aplati est observé, indiquant une flexibilité globale du virion. e. Image AFM haute résolution d'un virion du SRAS-CoV-2 affichant une vue axiale des trimères S. je. Image AFM du virion entier. ii. Image agrandie et avec contraste amélioré de la zone rectangulaire. iii. La même image AFM avec des triangles superposés indiquant l'orientation du trimère S. Les pointes présentent apparemment des troubles de translation, de rotation et de flexion en raison de leur flexibilité.

Étude des propriétés mécaniques du SARS-CoV-2

Pour explorer les propriétés mécaniques du SRAS-CoV-2, les chercheurs ont appliqué l'indentation en abaissant la pointe en porte-à-faux sur le sommet des virions individuels sélectionnés sur les images AFM.

Cela a montré que le virus avait une rigidité moyenne qui en faisait le virus le plus conforme étudié à ce jour. La rigidité du virion, qui est inférieure à celle mesurée pour l'enveloppe lipidique du virus de la grippe, suggère que l'enveloppe virale domine l'élasticité du SRAS-CoV-2, affirment les chercheurs.

« Contrairement à d'autres virus, la force n'a pas chuté à des valeurs proches de zéro après le rendement mécanique, indiquant que l'effondrement ou la rupture du virion n'a pas été évoqué malgré la perturbation mécanique drastique », écrivent-ils.

L'équipe affirme que le rendement mécanique peut être rendu possible par le réarrangement induit par la force de la structure en forme de panier des RNP.

Après l'indentation, l'équipe a rétracté la pointe en porte-à-faux, ce qui a entraîné la génération de forces suggérant que la reprise structurelle se produisait. Cela a continué jusqu'à ce que la hauteur initiale du virion soit récupérée, et les chercheurs suggèrent que cela pourrait avoir été motivé par la restauration structurelle de l'arrangement RNP initial.

Le processus d'indentation-rétraction a été effectué jusqu'à 100 fois, sans que le virus ne se brise ou ne s'effondre.

«Les virions sont hautement conformes et capables de se remettre de perturbations mécaniques drastiques», déclarent Kellermayer et ses collègues.

Test de stabilité thermique

Ensuite, l'équipe a évalué la stabilité thermique en exposant les virions à des températures de 60, 80 et 90 ° C pendant dix minutes avant de les refroidir à 20 ° C et d'effectuer une imagerie AFM.

«Fait remarquable, les virions sont restés à la surface du substrat et leur apparence globale n'a été que légèrement modifiée», expliquent les chercheurs.

Après le traitement thermique, beaucoup moins de pointes étaient présentes et leur forme trigonale n'était pas résolue, indiquant qu'elles avaient été dénaturées thermiquement.

Par conséquent, bien que le SRAS-CoV-2 affiche une stabilité thermique globale remarquable, la réponse conformationnelle des protéines de pointe a finalement conduit à leur inactivation induite par la chaleur.

«Ainsi, l'infectivité et la sensibilité thermique du SRAS-CoV-2 reposent toutes deux sur la dynamique et la mécanique du virus», écrit l'équipe.

Un virus dynamique, conforme et étonnamment résilient

Les chercheurs affirment que l'étude montre que le SRAS-CoV-2 est un virus hautement dynamique, conforme et étonnamment résilient qui affiche des stabilités thermiques mécaniques et globales remarquables.

« Alors que la dynamique des pointes de surface peut jouer un rôle important dans l'infectivité inhabituellement élevée du virus, ses propriétés mécaniques et d'auto-guérison peuvent également assurer l'adaptation à un large éventail de circonstances environnementales », écrivent-ils.

«Compte tenu de sa capacité à explorer les virus dans des conditions natives, les approches à particule unique employées ici peuvent être importantes pour découvrir non seulement les détails mécaniques derrière l'infection virale, mais également la réponse virale aux thérapies potentielles», conclut l'équipe.

*Avis important

bioRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas examinés par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, orienter la pratique clinique / les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.

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