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Dynamique d’assemblage d’un virus icosaédrique contenant son génome


Une équipe du LPS, impliquant également des chercheurs de l’Institut de Biologie Intégrative de la Cellule, du Laboratoire Léon Brillouin et de l’European Synchrotron Radiation Facility, a élucidé la dynamique d’assemblage d’un virus icosaédrique de plante. A partir des protéines et de l’ARN génomique purifiés, ils ont suivi la reconstitution spontanée du virus par diffusion des rayons X aux petits angles résolue en temps avec une haute résolution spatio-temporelle.

Les virus les plus simples possèdent une coque faite de protéines arrangées en une structure de symétrie icosaédrique. Le génome, sous forme d’ARN, est empaqueté à l’intérieur de la coque protectrice par le jeu d’interactions électrostatiques. La survie des virus repose en partie sur leur capacité à s’assembler spontanément au sein des cellules hôtes. Même si des simulations numériques gros grains ont identifié certains chemins d’assemblage, peu de mesures expérimentales sont à ce jour disponibles du fait de la difficulté à détecter des molécules biologiques dans l’eau sur une large gamme d’échelles de temps.

(Haut, de gauche à droite) Images par cryo-microscopie électronique de virus partiellement reconstitués, de virus entièrement reconstitués et de virus reconstitués contenant des polyélectrolytes. La barre d’échelle vaut 30 nm. (Bas) Représentation schématique d’un virus en cours d’assemblage sur des intensités expérimentales de diffusion des rayons X.

Le virus de la marbrure chlorotique de la cornille est un virus icosaédrique à ARN infectant des plantes. Le virus a été reconstitué spontanément à partir de protéines et d’ARN génomique préalablement purifiés, et son assemblage a été suivi en utilisant la diffusion des rayons X aux petits angles résolue en temps avec une source synchrotron. L’adsorption des protéines sur l’ARN se produit en quelques dizaines de millisecondes, tandis que la réorganisation structurale des espèces formées peut prendre plusieurs heures. Avant la formation complète du virus, les protéines sont faiblement liées à l’ARN, ce qui doit permettre d’assurer une bonne sélectivité du génome viral lors de l’assemblage dans la cellule. La réorganisation structurale nécessite de franchir une barrière énergétique qui permet de limiter les erreurs d’assemblage de la coque protéique. De façon inattendue, des virus contenant des polyélectrolytes synthétiques sont reconstitués plus facilement que des virus contenant de l’ARN génomique, ce qui devrait susciter davantage d’études sur le rôle du génome dans la dynamique d’assemblage.

Référence

Nonequilibrium self-assembly dynamics of icosahedral viral capsids packaging genome or polyelectrolyte
M. Chevreuil, D. Law-Hine, J. Chen, S. Bressanelli, S. Combet, D. Constantin, J. Degrouard, J. Möller, M. Zeghal, G. Tresset
Nature Communications 9, 3071 (2018)
doi:10.1038/s41467-018-05426-8

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Guillaume Tresset