Une première analyse par spectroscopie RMN de la protéase 3CLpro du SARS-CoV-2

Publié par Isabelle le 09/11/2021 à 13:00
Source: CNRS INSB
Dans cette étude, les scientifiques décrivent la première analyse par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) de la protéase principale du SARS-Cov-2, une cible thérapeutique prometteuse. Cette approche a notamment permis d'identifier une petite molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) avec des propriétés antivirales. Ces données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) de RMN sont librement accessibles à la communauté scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) mondiale et permettront de mieux comprendre les mécanismes de régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se...) complexes de cette enzyme (Une enzyme est une molécule (protéine ou ARN dans le cas des ribozymes) permettant...). Ces travaux sont publiés dans la revue Angewandte Chemie International Edition.


Une bibliothèque de fragments moléculaires a été criblée contre la protéase 3CLpro du SARS-CoV-2 en utilisant la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) à haut champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:). Le meilleur fragment issu du crible permet d'inhiber le SARS-CoV-2 dans des cellules infectées.
© Xavier Hanoulle

La protéase 3CLpro est une enzyme essentielle du SARS-CoV-2 car elle découpe les polyprotéines précurseurs pp1a et pp1ab en différentes protéines actives qui permettront alors la réplication du virus (Un virus est une entité biologique qui nécessite une cellule hôte, dont il utilise...). La 3CLpro est une cible thérapeutique (La thérapeutique (du grec therapeuein, soigner) est la partie de la médecine qui...) importante car sa séquence en acides aminés est bien conservée chez les coronavirus apparentés et ne possède pas d'homologue chez l'humain.

Les chercheurs ont réalisé la première étude par spectroscopie de Résonance (La résonance est un phénomène selon lequel certains systèmes physiques...) Magnétique Nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) (RMN) de la protéase 3CLpro du SARS-CoV-2. En utilisant des bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées...), il été possible de produire la protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs...) virale, marquées avec des isotopes (2H, 15N et 13C), en grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...). L'utilisation d'un spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant de décomposer une quantité...) RMN à très haut champs (900 MHz), faisant partie de l'infrastructure nationale IR-RMN THC, s'est révélée nécessaire en raison de la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par...) du système étudié. Ces données de RMN permettent d'analyser des processus d'interactions moléculaires et d'obtenir des informations structurales et dynamiques en solution et à l'échelle des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...).

Les résultats obtenus permettent de comprendre les mécanismes de régulation complexes de cette enzyme, laquelle doit s'assembler en dimère pour permettre à son site actif, doué d'une plasticité importante, d'adopter la conformation (En chimie, la conformation d'une molécule est l'arrangement spatial des atomes qui la composent....) adéquate pour accueillir le substrat et le couper ensuite. Des sites de régulation allostérique, éloignés du site actif, ont également été mis en évidence. La compréhension de ces mécanismes est très importante afin de développer des inhibiteurs de son activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) enzymatique.

Dans cette optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...), les chercheurs ont réalisé un criblage de fragments moléculaires par RMN contre la protéase 3CLpro. Grâce à la petite taille de ces molécules, il est possible d'explorer efficacement l'espace chimique tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) en testant un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) modéré de molécules. A l'issu du criblage, 38 fragments sur les 960 testés ont été identifiés comme se liant (Un liant est un produit liquide qui agglomère des particules solides sous forme de poudre....) à la 3CLpro. L'analyse des signaux RMN a permis d'identifier 3 sites de liaison différents, deux au sein du site actif et un à l'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface...) de dimérisation.

Le fragment F01, issu du criblage RMN, s'est révélé capable d'inhiber l'activité enzymatique de la protéase 3CLpro et d'inhiber la réplication du SARS-CoV-2 dans des cultures de cellules infectées. Ce fragment devra désormais être optimisé afin d'augmenter son efficacité. Sa structure chimique pourra être modifiée et complexifiée de manière rationnelle en exploitant la structure cristallographique du complexe 3CLpro:F01 que les chercheurs ont résolue à partir des données collectées au synchrotron (Le terme synchrotron désigne un grand instrument électromagnétique destiné...) SOLEIL (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...). Ce fragment F01 pourrait également être utilisé en combinaison (Une combinaison peut être :) avec un autre fragment se liant lui au niveau de l'interface dimérique.

Ces résultats, fondés sur des expertises complémentaires (biologie structurale, chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) médicinale et virologie (La virologie est l'étude des virus et des agents infectieux associés. Elle cherche à...) moléculaire), permettront de mieux comprendre les interactions complexes entre la plasticité du site actif, la dimérisation et l'activité enzymatique de la 3CLpro et constituent un nouvel outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son...) pour assister le développement d'inhibiteurs qui pourraient devenir des médicaments antiviraux.

Pour en savoir plus:
NMR spectroscopy of the main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à...) protease of SARS-CoV-2 and fragment-based screening identify three protein hotspots and an antiviral (Un antiviral désigne une molécule perturbant le cycle de réplication d'un ou de...) fragment.
Cantrelle FX, Boll E, Brier L, Moschidi D, Belouzard S, Landry V, Leroux F, Dewitte F, Landrieu I, Dubuisson J, Deprez B, Charton J, Hanoulle X.
Angew Chem Int Ed Engl. 2021 Sep 27. doi: 10.1002/anie.202109965.

Laboratoire:
Biologie Structurale Intégrative (CNRS - INSERM, Institut Pasteur de Lille (L'Institut Pasteur de Lille (Pasteur-Lille) est l'un des centres de recherche du Réseau...), Université de Lille (Cette page est consacrée à l’université de Lille qui a existé entre 1896...), CHU Lille)
1 rue (La rue est un espace de circulation dans la ville qui dessert les logements et les lieux...) du Professeur Calmette 59019 LILLE CEDEX.

Contact:
Xavier Hanoulle - Directeur de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) dans l'équipe de biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant....) structurale intégrative (CNRS – INSERM, Institut Pasteur (L’Institut Pasteur est une fondation française privée à but non lucratif qui...) de Lille, Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Lille, CHU Lille) - xavier.hanoulle at cnrs.fr
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