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Une capside de virus assemblée dans un faisceau de rayons X


Les virus les plus simples sont constitués d’une coque de protéines – la capside – encapsulant le code génétique du virus – le génome – sous forme d’ADN ou d’ARN. Parmi ces virus, les Norovirus sont la première cause de gastroentérite d’origine non bactérienne chez les humains et les animaux. Leur capside, dont le diamètre varie autour de 40 nm, est constituée de 180 copies d’une même protéine qui s’arrangent pour former un volume de symétrie icosaédrique, c’est à dire avec 20 faces et 12 sommets. De façon remarquable, ces protéines sont capables de s’auto-assembler réversiblement in vitro, en l’absence de génome et de tout autre composant cellulaire, par le seul jeu du pH et de la force ionique. Les mécanismes moléculaires demeurent encore à ce jour méconnus et la nature des espèces intermédiaires reste très débattue. Pourtant, hormis le bénéfice évident qu’apporterait la connaissance de ces mécanismes à la virologie et au développement de traitements anti-viraux, l’auto-assemblage de protéines virales suscite aussi un vif intérêt pour la nanomédecine en vue d’utiliser la capside comme vecteur soit de particules magnétiques pour l’imagerie médicale, soit de molécules à usage thérapeutique, vers des tissus spécifiquement ciblés.

 

La cinétique d’auto-assemblage de capside virale est un processus multi-échelle qui nécessite de sonder des espèces moléculaires hétérogènes de dimension nanométrique sur des temps s’échelonnant de la milliseconde à l’heure. En collaboration avec des biologistes du Laboratoire de Virologie Moléculaire et Structurale à Gif-sur-Yvette, nous avons étudié l’auto-assemblage d’une capside de Norovirus par diffusion résolue en temps des rayons X aux petits angles, en utilisant les sources de lumière synchrotron de l’ESRF et de SOLEIL. Grâce à des algorithmes de traitement de données ad hoc, nous avons extrait et reconstruit pour la première fois la structure d’une espèce intermédiaire qui joue un rôle pivot dans le processus d’assemblage. Les protéines initialement sous forme de dimères se combinent en quelques dizaines de secondes pour produire un intermédiaire constitué de deux pentamères de dimères liés par un dimère interstitiel. Du fait d’une forte coopérativité, six de ces intermédiaires s’associent à leur tour pour aboutir à une capside icosaédrique en plusieurs dizaines de minutes. La dissymétrie des temps caractéristiques et la forme particulière des intermédiaires qui s’encastrent conférerait une robustesse accrue du système à l’égard des pièges cinétiques et des erreurs d’assemblage.

 

Mécanisme d’assemblage d’une capside de Norovirus. Les dimères libres (violet) s’associent rapidement en deux unités pentamériques (bleu) connectées par un dimère interstitiel (rouge). Ces intermédiaires se combinent ensuite lentement entre eux – probablement par encastrement et grâce aux dimères restés libres – pour former une capside creuse.

 

Référence :

Norovirus Capsid Proteins Self-Assemble through Biphasic Kinetics via Long-Lived Stave-like Intermediates
Guillaume Tresset, Clémence Le Coeur, Jean-François Bryche, Mouna Tatou, Mehdi Zeghal, Annie Charpilienne, Didier Poncet, Doru Constantin, and Stéphane Bressanelli
J. Am. Chem. Soc. 135, 15373–15381 (2013)
Couverture   JACS Spotlights

 

Contact :

Guillaume Tresset (guillaume.tresset@u-psud.fr)