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Une protéine au double jeu

jeudi 10 décembre 2015

par Agnès Vernet

L’analyse structurale de la polymérase du virus de la grippe aviaire H5N1 dévoile comment le virus assure deux fonctions essentielles avec une seule séquence protéique.

Pour étudier la structure et la conformation des protéines, la technique classique consiste à immobiliser la molécule dans un cristal puis à déterminer la position relative des atomes qui la composent grâce à la diffraction des rayons X. Cette approche a un inconvénient majeur : elle analyse les protéines dans des conditions très éloignées du milieu cellulaire.
À Grenoble, des chercheurs de l’Institut de biologie structurale et du laboratoire international Biologie structurale des interactions entre virus et cellules hôtes ont étudié l’ARN polymérase du virus H5N1 de la grippe en solution, en combinant la résonance magnétique nucléaire (RMN), le transfert d’énergie par résonance de type Förster (FRET) et la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS). La diffraction par rayons X a, depuis longtemps, permis d’établir que cette enzyme est composée de trois sous-unités, PA, PB1 et PB2, qui s’assemblent après leur pénétration dans le noyau des cellules infectées. Mais le passage de PB2 à travers la membrane nucléaire restait, jusqu’à aujourd’hui, un mystère.
Pour le résoudre, les chercheurs se sont attachés à déterminer la conformation de 627-NLS, un domaine situé dans la partie C-terminal de PB2, dans des conditions proches de celles du vivant. Ils ont découvert que, en fonction de la température, la protéine s’organise dans l’espace de deux manières : une conformation « fermée », dans laquelle cette sous-unité du complexe enzymatique peut se lier avec l’ARN et engager le réplication du génome viral, et une autre « ouverte », qui lui permet d’interagir avec des importines – des protéines eucaryotes qui assurent le transport de protéines du cytoplasme au noyau – afin de pénétrer au cœur de la cellule infectée et de profiter de sa machinerie nucléique.
L’ARN polymérase d’H5N1 possède donc intrinsèquement les qualités nécessaires à plusieurs opérations : l’entrée dans le noyau cellulaire puis la réplication de l’ARN viral nécessaire à la formation des virions. Elle bascule de l’une à l’autre en changeant de conformation. Dépendant de la température, ce basculement est assez lent d’après les mesures des chercheurs.
Pouvoir combiner plusieurs fonctions dans une seule protéine est une caractéristique extrêmement précieuse pour un virus. Ces organismes sont, en effet, contraints de garder de petits génomes afin d’assurer l’efficacité de leur multiplication. Cette flexibilité conformationnelle éclaire sur les adaptations des virus à leur hôte. Ces recherches permettront peut-être également de produire des développements cliniques à plus long terme.

Delaforge E et al. (2015) J Am Chem Soc 137, 15122-34

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Les changements de structure du sous-domaine 627-NLS (vert et rouge) de la polymérase du virus H5N1. Celle-ci se « ferme » (en haut à gauche) ou « s’ouvre » en fonction de la température.
La forme ouverte permet l’interaction avec l’importine (jaune).

© M. Blackledge et al.

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