Le coeur du virus de la rougeole dévoilé en trois dimensions par microscopie électronique
Publié par Adrien le 28/04/2015 à 00:00
Source: CNRS-INSB
La structure de la protéine qui protège et s'associe à l'information génétique du virus de la rougeole restait jusqu'à présent inconnue à haute résolution contrairement à celle des virus de la rage, de la bronchiolite ou du virus Nipah. En utilisant un microscope électronique de pointe de l'unité de biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de...) structurale intégrée de Grenoble, des chercheurs de l'institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un...) de biologie structurale des interactions virus (Un virus est une entité biologique qui nécessite une cellule hôte, dont il utilise les constituants pour se multiplier. Les virus existent sous une forme extracellulaire ou intracellulaire....) - cellules hôtes et de l'institut de biologie structurale ont réussi à visualiser la structure de cette protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En général, on parle de...) centrale avec une précision inégalée. Cette structure établie avec une résolution quasi atomique éclaire le mode d'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) entre la protéine et l'information génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) du virus et pourra aider à concevoir de manière rationnelle des drogues antivirales spécifiques. Cette étude est publiée dans la revue Science.



Figure 1: vue de dessus de la structure tridimensionnelle de la nucléocapside du virus de la rougeole (La rougeole (également appelée 1re maladie) est une infection virale éruptive aiguë. Elle atteint essentiellement les enfants à partir de l’âge de 5-6 mois, et...) résolue à 4.3 Å par cryo-microscopie électronique.

Le virus de la rougeole provoque une maladie (La maladie est une altération des fonctions ou de la santé d'un organisme vivant, animal ou végétal.) très contagieuse chez l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme...). Malgré la disponibilité (La disponibilité d'un équipement ou d'un système est une mesure de performance qu'on obtient en divisant la durée durant laquelle ledit équipement ou système est opérationnel par la...) d'un vaccin efficace, ce virus qui est surtout présent dans les pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la...) en voie de développement dans lesquels il infecte les enfants, a fait récemment plusieurs réapparitions en France.

Le virus de la rougeole est un virus enveloppé à ARN simple brin de polarité négative. Cette information génétique est protégée par une nucléoprotéine et encapsidée au sein de la particule virale. La nucléoprotéine de ce virus a été exprimée dans des cellules d'insecte (Les insectes (Insecta) font partie du sous-embranchement des hexapodes, elle-même incluse dans l'embranchement des arthropodes mais dans un sous-groupe : les mandibulates. On connaît un insecte marin, la...) et lors de cette expression, les protéines se sont associées aux ARN cellulaires pour former des pseudo-nucléocapsides mimant celles du virus de la rougeole.


Figure 2: Vue de côté et légèrement inclinée de la structure tridimensionnelle de la nucléocapside du virus de la rougeole résolue à 4.3 Å par cryo-microscopie électronique.

Les différentes parties de la nucléoprotéine sont colorées comme suit dans les figures 1 et 2: Bras N-terminal (amino-acides 1-36): bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle varie en luminosité du cyan à une teinte plus...) foncé ; Partie N-terminale (36-264): bleu clair; Partie C-terminale (265-371): saumon (Le terme saumon est un nom vernaculaire ambigu désignant en français plusieurs espèces de poissons de la famille des salmonidés qui...) ; Bras C-terminal (372-391): jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même couleur :); ARN monocaténaire: vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un récepteur, appelé cône M, dont la bande passante est axée sur cette fréquence....)

© Grégory Effantin (IBS/ UJF)

Ces nucléocapsides, rigidifiées par une coupure à la trypsine, ont été visualisées en cryo-microscopie électronique dans leur état natif après congélation (On appelle congélation toutes technique visant à faire passer un produit à l'état solide par des techniques de refroidissement forcé. On parle de congélation...) dans de l'éthane liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) grâce au microscope Polara de l'IBS. Les images obtenues sur films photographiques ont été analysées en collaboration avec l'EMBL à Heidelberg (Heidelberg est une ville d'Allemagne située dans la vallée du Neckar, au nord-ouest du Land de Bade-Wurtemberg. Le nom de "Heidelberg" provient peut-être de Heidelbeere qui...), et ont permis de recalculer la structure tridimensionnelle de ces nucléocapsides jusqu'à une résolution inégalée de 4.3 Å. Cette résolution permet de tracer la chaine polypeptidique de cette protéine en s'aidant des structures tridimensionnelles connues d'autres nucléoprotéines (bronchiolite, Nipah). Au niveau mondial, ceci représente la première détermination de la structure d'une nucléocapside hélicoïdale d'un virus à ARN négatif avec une résolution quasi atomique. Il est à noter en effet que les autres structures de nucléoprotéines connues ont été déterminées par cristallographie aux rayons X mais dans une conformation (En chimie, la conformation d'une molécule est l'arrangement spatial des atomes qui la composent. Les molécules dans lesquelles les atomes sont liés chimiquement de la même façon, mais dans lesquelles l'arrangement spatial des atomes est...) annulaire différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une...) de la structure adoptée au sein du virus. Il s'agit également de la plus haute résolution obtenue actuellement avec le microscope électronique Polara de Grenoble. Avec l'installation d'une caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil de prise de vues animées, pour le cinéma, la télévision ou la vidéo.) à détection directe d'électrons, les résolutions atteintes sur ce microscope devraient encore augmenter.

L'analyse de cette structure a permis de mieux comprendre le mode de fixation de la nucléoprotéine à l'ARN pour cette famille de virus avec 6 bases par nucléoprotéine contrairement à la nucléoprotéine du virus de la bronchiolite (Une bronchiolite est une infection virale respiratoire touchant les petites bronches du nourrisson et du jeune enfant et se transmettant sur un mode épidémique...) qui en fixe 7. La nucléoprotéine a une forme de mâchoire qui enserre et protège l'ARN. Grâce à cette structure, les chercheurs ont pu également visualiser les interactions entre les différentes nucléoprotéines au sein de la nucléocapside hélicoïdale. Ces interactions se font par échange de domaines plus que par des interactions latérales, ce qui permet à l'hélice (Hélice est issu d'un mot grec helix signifiant « spirale ». Un objet en forme d'hélice est dit hélicoïdal.) de rester flexible, qualité indispensable pour permettre la transcription de l'information génétique. Cette structure pourra être utilisée pour concevoir de manière rationnelle de nouvelles drogues antivirales.

Ces études ont bénéficié du soutien financier de FRISBI (ANR-10-INSB-05-02) et de GRAL (ANR-10-LABX-49-01) dans le cadre du partenariat pour la biologie structurale de Grenoble (PSB). Ce microscope ainsi que les autres de ISBG sont accessibles dans le cadre de l'infrastructure nationale FRISBI (French Infrastructure for Integrated Structural Biology).
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