Des simulations de supercalculateurs à grande échelle au niveau atomique montrent que la variante de forme G dominante du virus causant le COVID-19 est plus infectieuse en partie en raison de sa plus grande capacité à se lier facilement à son récepteur hôte cible dans le corps, par rapport à d’autres variantes. Ces résultats de recherche d’une équipe dirigée par le laboratoire national de Los Alamos mettent en lumière le mécanisme de l’infection par la forme G et de la résistance aux anticorps contre elle, ce qui pourrait aider au développement futur de vaccins.
«Nous avons constaté que les interactions entre les éléments constitutifs de base de la protéine Spike deviennent plus symétriques sous la forme G, ce qui lui donne plus d’opportunités de se lier aux récepteurs de l’hôte – en nous», a déclaré Gnana Gnanakaran, auteur correspondant de l’article publié aujourd’hui dans Progrès scientifiques. “Mais en même temps, cela signifie que les anticorps peuvent le neutraliser plus facilement. Essentiellement, le variant met la tête haute pour se lier au récepteur, ce qui donne aux anticorps la chance de l’attaquer.”
Les chercheurs savaient que le variant, également connu sous le nom de D614G, était plus infectieux et pouvait être neutralisé par des anticorps, mais ils ne savaient pas comment. Simulant plus d’un million d’atomes individuels et nécessitant environ 24 millions d’heures CPU de temps de superordinateur, le nouveau travail fournit des détails au niveau moléculaire sur le comportement du Spike de cette variante.
Les vaccins actuels contre le SRAS-CoV-2, le virus qui cause le COVID-19, sont basés sur la forme D614 originale du virus. Cette nouvelle compréhension de la variante G – les simulations de supercalculateur les plus étendues de la forme G au niveau atomique – pourrait signifier qu’elle offre une épine dorsale pour les futurs vaccins.
L’équipe a découvert la variante D614G au début de 2020, alors que la pandémie COVID-19 causée par le virus SARS-CoV-2 augmentait. Ces résultats ont été publiés dans Cell. Les scientifiques avaient observé une mutation dans la protéine Spike. (Dans toutes les variantes, c’est la protéine Spike qui donne au virus sa couronne caractéristique.) Cette mutation D614G, nommée pour l’acide aminé en position 614 sur le génome du SRAS-CoV-2 qui a subi une substitution de l’acide aspartique, prévalait globalement dans une question de semaines.
Les protéines Spike se lient à un récepteur spécifique trouvé dans beaucoup de nos cellules via le domaine de liaison au récepteur de Spike, conduisant finalement à une infection. Cette liaison nécessite que le domaine de liaison au récepteur passe structurellement d’une conformation fermée, qui ne peut pas se lier, à une conformation ouverte, ce qui peut.
Les simulations de cette nouvelle recherche démontrent que les interactions entre les éléments constitutifs du Spike sont plus symétriques dans la nouvelle variante de forme G que celles de la souche de forme D. d’origine. Cette symétrie conduit à plus de pointes virales dans la conformation ouverte, de sorte qu’elle peut infecter plus facilement une personne.
Une équipe de boursiers postdoctoraux de Los Alamos – Rachael A. Mansbach (maintenant professeur adjoint de physique à l’Université Concordia), Srirupa Chakraborty et Kien Nguyen – a dirigé l’étude en exécutant plusieurs simulations à l’échelle de la microseconde des deux variantes dans les deux conformations. du domaine de liaison au récepteur pour éclairer comment la protéine Spike interagit à la fois avec le récepteur de l’hôte et avec les anticorps neutralisants qui peuvent aider à protéger l’hôte contre l’infection. Les membres de l’équipe de recherche comprenaient également Bette Korber du Los Alamos National Laboratory et David C. Montefiori, du Duke Human Vaccine Institute.
L’équipe remercie Paul Weber, responsable de l’informatique institutionnelle à Los Alamos, pour avoir donné accès aux supercalculateurs du laboratoire pour cette recherche.
Le papier: “La variante D614G de SARS-CoV-2 Spike favorise un état conformationnel ouvert,” Progrès scientifiques. Rachael A. Mansbach, Srirupa Chakraborty, Kien Nguyen, David C. Montefiori, Bette Korber, S. Gnanakaran.
Le financement: Le projet a été soutenu par le projet 20200706ER de recherche et développement dirigé par le laboratoire de Los Alamos, la bourse postdoctorale du directeur et le programme postdoctoral du Centre d’études non linéaires de Los Alamos.
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