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Comment peser des polymères empaquetés dans une capside de virus


Des chercheurs du LPS, de l’Université de Technologie de Wrocław en Pologne et de l’Institut Laue Langevin à Grenoble ont mis en évidence la remarquable sélectivité de protéines virales pour l’empaquetage de polymères et ont démontré que le processus est gouverné par les principes de la thermodynamique.

Un grand nombre de virus sont constitués d’une coque protéique appelée la capside et protégeant le génome encodé dans une ou plusieurs chaînes d’acides nucléiques. L’empaquetage du génome résulte d’une processus d’auto-assemblage hautement sélectif quoique non élucidé. Par exemple, le virus de la marbrure chlorotique de la cornille (CCMV en anglais) – un virus de plante à symétrie icosaédrique – possède un génome fractionné en quatre segments d’ARN distribués au sein de trois particules virales similaires qui contiennent toutes environ 3.000 nucléotides. Un tel niveau de sélectivité est souvent attribué à des mécanismes sophistiqués de reconnaissance moléculaire. Toutefois, pour les virus icosaédriques les plus simples, le problème de l’empaquetage du génome peut être réduit à celui de polymères chargés interagissant avec une coque rigide au travers d’un potentiel électrostatique. Un des résultats les plus intriguants de la littérature révèle un rapport d’environ –1,6 entre la charge totale du génome et celle portée par l’intérieur de la capside pour une grande variété de virus à ARN. De plus, des prédictions théoriques basées sur la minimisation de l’énergie libre du polymère indiquent une relation linéaire entre le nombre de charges empaquetées et l’aire intérieure de la capside. Jusqu’à présent, aucune étude expérimentale systématique et précise n’avait été entreprise pour vérifier l’existence d’une relation linéaire entre la quantité de polymère empaqueté et celle des protéines de la capside. En-dehors de l’intérêt biologique fondamental, une meilleure connaissance des mécanismes d’empaquetage faciliterait le développement de nanocapsules fonctionnelles pour des applications en nanotechnologie et en médecine.

 

A gauche, représentation schématique d’une capside virale (en gris) contenant un polymère (en bleu). A droite, image en microscopie électronique à transmission de capsides vides et de capsides contenant un polymère synthétique. Les capsides sont dérivées du CCMV.

 
Les chercheurs ont utilisé la méthode de la variation de contraste en diffusion des neutrons aux petits angles sur des capsides dérivées du CCMV et contenant un polymère synthétique deutéré, le poly(styrène sulfonate). Cette technique leur a permis de mesurer séparément et avec une grande précisions la masse totale de polymère empaqueté et celle de la capside, et ce, pour une vaste gamme de longueurs de polymère. Les mesures ont été effectuées à l’Institut Laue Langevin à Grenoble, une source de neutrons délivrant l’un des plus haut flux au monde. Il s’est avéré que le rapport des masses – ou de manière équivalente, le rapport des charges – demeure invariant avec la longueur du polymère. Pour ce faire, les capsides empaquettent soit plusieurs chaînes simultanément, ou bien sélectionnent les chaînes les plus courtes compatibles avec leur volume intérieur. Ces résultats démontrent que la remarquable sélectivité des protéines virales dans l’empaquetage d’un polymère s’explique essentiellement par des principes thermodynamiques mettant en jeu des interactions électrostatiques. Ils élucident ainsi en partie l’origine non spécifique de la sélectivité qui s’opère sur le génome de nombreux systèmes viraux dont le CCMV.

 

Contact :
Guillaume Tresset

Référence :
Weighing Polyelectrolytes Packaged in Viruslike Particles
G. Tresset, M. Tatou, C. Le Cœur, M. Zeghal, V. Bailleux, A. Lecchi, K. Brach, M. Klekotko, L. Porcar.
Physical Review Letters, 113, 128305, (2014).

Brève de l’INP