La réflectométrie neutronique révèle que la protéine Spike du SRAS-CoV-2 provoque l’arrachement des lipides de la membrane cellulaire

22 Juillet 2021

Des scientifiques de l'Institut Laue-Langevin (ILL), en collaboration avec l'Institut Paul Scherrer (PSI), l'Institut de Biologie Structurale (IBS) et l'Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO), ont publié de nouvelles données sur la manière dont la protéine Spike du SRAS-CoV-2 interagit avec les membranes des cellules pulmonaires des mammifères, permettant à l'ARN viral de pénétrer dans les cellules humaines. La fonction de la protéine Spike du SRAS-CoV-2 est relativement bien comprise. Responsable de l'événement de fusion qui permet au virus de pénétrer dans les cellules humaines, et donc de provoquer l'infection, cette glycoprotéine a été la cible de la plupart des vaccins contre la COVID-19.

"De nombreuses recherches se sont concentrées sur l'interaction entre la protéine Spike du virus et l'enzyme de conversion de l'angiotensine 2 (ACE2), car cette dernière, présente en grande quantité à la surface des cellules du poumon, constitue un recepteur pour plusieurs coronavirus ", explique le professeur Giovanna Fragneto, cheffe du groupe « structures à grande échelle » (Large Scale Structures) à l'ILL. "Ce qui est moins bien compris, c'est la manière dont la protéine Spike interagit avec le reste de la membrane cellulaire. Notre expertise dans la création de modèles de membranes cellulaires et l'énorme résolution que nous offre la réflectométrie neutronique nous attribuaient une position unique pour explorer ces interactions à plus large échelle."

L'équipe a produit des systèmes membranaires qui excluaient volontairement certaines protéines, d’ordinaire présentes dans les véritables membranes cellulaires, pour mieux comprendre la contribution individuelle de chaque composant. "Nos observations nous ont d'abord surpris", déclare la professeure Fragneto. "Nous avons constaté un changement important et inattendu de la composition de la bicouche lipidique, compatible avec une augmentation de la teneur en eau, dès que nous avons introduit la protéine Spike stable (sSpike) - et ce en présence et en absence de l'enzyme ACE2 soluble. En combinant ces informations avec des connaissances antérieures, selon lesquelles les poches lipidiques peuvent stabiliser la structure fermée de la protéine Spike, nous avons conclu que sSpike est capable d'arracher de manière significative les lipides de la membrane cellulaire, la perturbant et lui permettant potentiellement de franchir la membranedirectement."

"Le fait que nous puissions observer ces interactions est un grand accomplissement", explique la Dr Samantha Micciulla. "Jusqu'à récemment, il était tout simplement impossible de créer de tels modèles de membranes cellulaires complexes et d'étudier les interactions structurelles à l'échelle nanométrique. La réflectométrie neutronique nous permet d'atteindre des niveaux de résolution encore inférieurs au nanomètre, et même de différencier les différents isotopes atomiques. Cela nous permet d'étudier précisément les interactions moléculaires entre sSpike et les différents éléments de la membrane."

La professeure Fragneto conclut : "S'il est évidemment important que la recherche se concentre sur l'interaction entre l'enzyme ACE2 et la protéine Spike, nos observations ouvrent un champ d'étude plus large. Cette interaction directe avec la bicouche lipidique à la surface des cellules pourrait permettre de diriger le développement de thérapies plus efficaces ou de futurs vaccins. Bien sûr, il s'agit d'une recherche fondamentale, et nous sommes loin de l'utiliser dans une application pharmaceutique ; cependant, cette étude apporte une compréhension supplémentaire qui sera importante pour les études de virologie à l'avenir, pour le SRAS-CoV-2 et au-delà."