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Posté par Isabelle le Lundi 09/10/2017 à 12:00
Le stress mécanique détermine la forme des virus
La forme d’un virus, donnée par sa coque ou capside, peut être régulière et compacte, à la façon d’un icosaèdre, ou bien irrégulière et allongée, comme un cône. Des chercheurs ont démontré que cette forme dépend d’une propriété intrinsèque des protéines qui constituent la coque: la courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est une mesure quantitative du caractère « plus ou moins courbé » de cet objet. Par exemple :) spontanée.


Schéma reproduisant la croissance de la surface protéique, chaque triangle (En géométrie euclidienne, un triangle est une figure plane, formée par trois points et par les trois segments qui les relient. La dénomination de « triangle »...) étant associé à une seule protéine. La surface formée d’hexagones comprime les triangles à la périphérie, produisant un stress (Le stress (« contrainte » en anglais), ou syndrome général d'adaptation, est l'ensemble des réponses d'un organisme soumis à des contraintes environnementales. Dans le langage courant,...) mécanique. Ce stress est relaxé par l’inclusion de pentagones, lorsque la courbure est forte, ou par une croissance le long d’un cylindre (Un cylindre est une surface dans l'espace définie par une droite (d), appelée génératrice, passant par un point variable décrivant une courbe plane fermée...), lorsque la courbure est faible. Source des deux images de droite: The Protein Data Bank H.M. Berman, J. Westbrook, Z. Feng, G. Gilliland, T.N. Bhat, H. Weissig, I.N. Shindyalov, P.E. Bourne (2000) Nucleic Acids Research, 28: 235-242. doi:10.1093/na/28.1.235 ; rcsb.org

Les virus (Un virus est une entité biologique qui nécessite une cellule hôte, dont il utilise les constituants pour se multiplier. Les virus existent sous...) biologiques sont constitués essentiellement par un génome et un assemblage spontané de protéines virales, sous la forme de coques fermées appelées capsides dont un des rôles est de protéger le génome du virus. Les formes générales de ces capsides virales sont soit très régulières et compactes, reproduisant alors une forme d’icosaèdre pour un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de virus, soit plutôt irrégulières et allongées, avec par exemple une forme conique (Les coniques constituent une famille très utilisée de courbes planes algébriques, qui peuvent être définies de plusieurs manières différentes, toutes...) pour le virus associé au SIDA, le virus de l’immunodéficience humaine (VIH-1). (Illustration icosaèdre et cône).

Quelle est la propriété, à l’échelle de la protéine, responsable du choix de la forme globale du virus ? Pour répondre à cette question, une équipe du Laboratoire de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) de l’ENS de Lyon a modélisé l’énergie mécanique associée à la formation de la capside virale. Elle a mis en évidence le rôle déterminant de la courbure spontanée, propriété intrinsèque de la surface protéique qui traduit sa tendance à adopter une certaine courbure.

En l’absence de courbure spontanée, les protéines forment localement des hexagones en s’associant par six au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale...) d’une surface globalement plane (La plane est un outil pour le travail du bois. Elle est composée d'une lame semblable à celle d'un couteau, munie de deux poignées,...). En revanche, la présence de courbure spontanée va, lors de la croissance initiale de la coque, comprimer les protéines les unes contre les autres créant ainsi un stress mécanique très important. L’équipe de chercheurs de Lyon a montré que ce stress mécanique peut être relaxé de deux manières différentes.

Lorsque la courbure spontanée est forte, certaines protéines vont former localement des pentagones et donc s’assembler par cinq, plutôt que des hexagones, permettant ainsi de courber plus facilement la surface. Cela se comprend bien en modélisant géométriquement une protéine par un triangle équilatéral. Un hexagone (Un hexagone (du grec hexi = six et gonia = angle) est un polygone à six sommets et six côtés. Les angles internes d'un hexagone régulier sont tous de 120° et ses côtés sont...) formé de six triangles identiques est plan, alors qu’un pentagone formé de cinq triangles identiques forme plutôt un cône, donc une surface courbée. L’inclusion de ces pentagones va ainsi permettre la formation d’un icosaèdre.

En revanche, lorsque la courbure spontanée est faible, les protéines vont s’assembler en cylindre. Au sein de cette géométrie, elles peuvent alors former une surface courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du plan, de l'espace usuels. Par exemple, les droites, les...) qui ne les comprime pas. La croissance de la capside se fera ainsi de façon allongée et cylindrique.

La compréhension de ces mécanismes fondamentaux d’assemblage de virus peut avoir des applications qui dépassent la virologie, comme l’ingénierie de nano-matériaux à base de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.), pour lesquels les géométries d’assemblage sont similaires: arrangement (La notion d'arrangement est utilisée en probabilités, et notamment pour les dénombrements en analyse combinatoire.) hexagonal plat pour le graphène, icosaèdres pour les fullerènes, ou encore cylindres pour les nanotubes.

Référence publication:
Viral self-assembly pathway and mechanical stress relaxation
M. Castelnovo
Physical Review E (2017), doi:10.1103/PhysRevE.95.052405

Contact chercheur:
Martin Castelnovo, chargé de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques....) CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).)

Informations complémentaires:
Laboratoire de physique de l’ENS de Lyon (CNRS/ENS Lyon/Univ. Lyon 1)

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Source: CNRS-INP