COVID 19 : Caractérisation de la protéine S du coronavirus humain 229E

Le coronavirus humain 229E (HCoV-229E) est responsable de rhumes mais peut entraîner de graves complications respiratoires chez les personnes âgées ou atteintes d’une maladie Chronique. Les coronavirus sont des virus enveloppés avec un génome à ARN positif simple brin.

Le coronavirus humain 229E (HCoV-229E) est responsable de rhumes mais peut entraîner de graves complications respiratoires chez les personnes âgées ou atteintes d’une maladie Chronique. Les coronavirus sont des virus enveloppés avec un génome à ARN positif simple brin. Trois protéines virales sont ancrées dans l’enveloppe virale : la protéine spike (S), la protéine de membrane (M) et la protéine d’enveloppe (E). Les protéines M et E sont impliquées dans l’assemblage viral et la sécrétion. La protéine S s’assemble en trimères à la surface des virions et joue un rôle-clé dans l’entrée du virus dans sa cellule-cible. Elle est constituée de deux domaines, le domaine S1 responsable de la liaison du virus à son récepteur et le domaine S2 responsable de la fusion de l’enveloppe virale avec une membrane cellulaire. La fusion est activée par des protéases cellulaires par clivage de la protéine S.

Dans un premier temps ce mécanisme a été caractérisé. Pour cela, la protéine S a été cloné d’un isolat circulant de HCoV-229E. Ensuite le clivage protéolytique de la protéine S a été analysé par des sérine-protéases de type trypsine conduisant au processus de fusion à l’aide de particules pseudotypées rétrovirales. Les Résidus arginine, sites potentiels de reconnaissance par les protéases et présents au niveau de la jonction S1/S2 ou de la région S2’ ont été mutés individuellement (R565N, R679N, R683N ou R687N) afin d’étudier leur rôle lors de l’activation de la fusion.

Contrairement à d’autres coronavirus, l’activation permettant la fusion de HCoV-229E semble être un processus en une seule étape. En effet, seule la mutation R683N inhibe l’infection médiée par des sérine-protéases et le clivage à l’interface S1/S2 ne semble pas être un pré-requis. Les protéines S de coronavirus sont fortement N-glycosylées et constituent la principale cible des anticorps neutralisants. Ensuite analyse du rôle de la N-glycosylation du domaine S1 dans les mécanismes d’entrée et dans la neutralisation par des anticorps. L’analyse de la séquence de la protéine clonée montre la présence de 33 sites potentiels de N-glycosylation, dont 18 dans le domaine S1 qui ont été numérotés de N1 à N18.

Ces 18 sites de N-glycosylation ont été abolis individuellement par mutagenèse dirigée. L’effet des mutations sur l’infectiosité virale a été évalué en utilisant des particules pseudotypées rétrovirales. L’infectiosité des mutants N6, N7 ou N9 est diminuée tandis que deux mutants N12 et N15 montrent une augmentation de l’infectiosité. Aucune différence n’a été détecté dans l’interaction de ces mutants avec une forme soluble du récepteur, l’aminopeptidase N (APN).

Des expériences d’activation de la fusion virale à la surface cellulaire par la trypsine suggèrent que les glycanes présents aux positions 6, 7 et 9 sont impliquées dans la fusion virale, cependant aucune différence n’a été détecté dans le clivage de ces mutants par la trypsine. Pour le mutant N17 uniquement, la diminution partielle de l’infectiosité pourrait s’expliquer par une diminution de l’incorporation de la protéine S dans les pseudoparticules, due au mauvais repliement de la protéine, comme le montre le profil du mutant en western blot en conditions réductrices ou non.

Enfin évaluation si les N-glycanes pouvaient moduler la reconnaissance de la protéine S par des anticorps neutralisants. Des pseudoparticules contenant les différents mutants ont été produites et utilisées pour infecter des cellules en présence d’anticorps neutralisants. Les données montrent que les mutants N4, N10, N11, N12, N15, N16, N17, N18 réduisent la sensibilité des pseudoparticules à la neutralisation des anticorps. Dans ensemble, les résultats suggèrent que les N-glycanes de la protéine S jouent un rôle important dans l’entrée virale et modulent la reconnaissance de la protéine par des anticorps neutralisants.

Structure générale d’un coronavirus. A : Schéma d’un virion. Les trimères de
protéine S sont représentés en violet, la protéine M est en bleu, la protéine E en blanc et la
nucléocapside en rouge. B : Virions de HCoV-229E infectieux purifiés.

Modélisation de la protéine S du HCoV-229E.
A Modélisation d’un monomère de
protéine S.
B. Modélisation d’un trimère de protéine S. Gris: domaine S1, or : domaine S2, violet :
domaine de liaison au récepteur, rouge : peptide de fusion, bleu : HR1.

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