Décoder l’architecture des cœurs de poxvirus

Une résurgence et une épidémie récentes de Mpox ont réapparu comme une menace pour la santé publique et ont mis en évidence une importante lacune dans les connaissances. Aujourd’hui, une équipe de chercheurs de l’Institut des sciences et technologies d’Autriche (ISTA) a découvert les secrets de l’architecture nucléaire des virus de la variole en combinant diverses techniques de microscopie cryoélectronique avec la modélisation moléculaire. Les résultats, publiés dans Biologie structurale et moléculaire de la naturepourrait faciliter les recherches futures sur les traitements ciblant le cœur du virus de la variole.

Le virus de la variole, le virus de la variole le plus connu et l’un des virus les plus mortels jamais affectant les humains, a fait des ravages en provoquant la variole jusqu’à son éradication en 1980. L’éradication a été réalisée grâce à une vaste campagne de vaccination avec un autre virus de la variole, le bien nommé virus de la vaccine. La réémergence et l’épidémie du virus Mpox en 2022-2023 nous ont rappelé une fois de plus que les virus trouvent le moyen de revenir au premier plan en tant que menace pour la santé publique. Il est important de noter que cela a mis en lumière des questions fondamentales sur les virus de la variole qui restent sans réponse à ce jour.

Une question aussi fondamentale est littéralement au cœur du problème : «Nous savons que le noyau viral des virus de la variole doit être correctement formé pour qu’ils soient infectieux. Mais en quoi consiste ce noyau poxviral et comment ses composants individuels s’assemblent et fonctionnent ? » demande Florian Schur, professeur adjoint de l’ISTA, auteur correspondant de l’étude.

Schur et son équipe ont désormais mis le doigt sur le chaînon manquant : une protéine appelée A10. Il est intéressant de noter que l’A10 est commun à tous les poxvirus cliniquement pertinents. En outre, les chercheurs ont découvert que l’A10 constitue l’un des principaux éléments constitutifs du noyau du poxvirus. Ces connaissances pourraient être cruciales pour les recherches futures sur les traitements ciblant le cœur du virus de la variole.

« Les techniques cryo-EM les plus avancées disponibles aujourd’hui »

Le noyau viral est l’un des facteurs communs à toutes les formes infectieuses de poxvirus.

Des expériences antérieures en virologie, biochimie et génétique ont suggéré plusieurs protéines centrales candidates pour les poxvirus, mais aucune structure dérivée expérimentalement n’était disponible.

Julia Datler, doctorante ISTA, l’une des co-premiers auteurs de l’étude

Par conséquent, l’équipe a commencé à prédire par ordinateur les modèles de protéines nucléaires clés candidates à l’aide du désormais célèbre outil de modélisation moléculaire basé sur l’IA, AlphaFold. En parallèle, Datler a posé les bases biochimiques et structurelles du projet en s’appuyant sur sa formation en virologie et sur la principale expertise du groupe Schur : la microscopie électronique cryogénique, ou cryo-EM en abrégé. « Nous avons intégré bon nombre des techniques cryo-EM les plus avancées disponibles aujourd’hui dans la modélisation moléculaire d’AlphaFold. “Cela nous a donné pour la première fois une vue globale et détaillée du noyau du poxvirus – le “sûr” ou le “bioréacteur” à l’intérieur du virus qui entoure le génome viral et le libère dans les cellules infectées”, explique Schur. “C’était un peu un pari, mais nous avons finalement réussi à trouver la bonne combinaison de techniques pour étudier cette question complexe”, explique le postdoc Jesse Hansen, co-premier auteur de l’étude, qui travaille avec diverses techniques de biologie structurale et méthodes de traitement d’images. sont cruciaux pour le projet.

Une vue globale en 3D du virus de la variole

Les chercheurs de l’ISTA ont examiné les virions matures « vivants » du virus de la vaccine et les noyaux de poxvirus purifiés sous tous les angles possibles – littéralement. « Nous avons combiné la cryo-EM « classique » à particules uniques, la cryo-tomographie électronique, la moyenne des sous-tomogrammes et l’analyse AlphaFold pour obtenir une vue globale du noyau du poxvirus », explique Datler. La cryo-tomographie électronique permet aux chercheurs de reconstruire des volumes 3D d’un échantillon biologique de la taille d’un virus entier en prenant des images tout en inclinant progressivement l’échantillon. “C’est comme faire un scanner du virus”, explique Hansen. « La tomographie cryoélectronique, la « spécialité » de notre laboratoire, nous a permis d’atteindre des résolutions nanométriques de l’ensemble du virus, de son noyau et de son intérieur », explique Schur. De plus, les chercheurs ont pu adapter les modèles AlphaFold aux formes observées comme un puzzle et identifier les molécules qui constituent le noyau du virus de la variole. Parmi celles-ci, la protéine centrale candidate A10 s’est démarquée comme l’un des principaux composants. “Nous avons constaté que l’A10 définit des éléments structurels importants du noyau des poxvirus”, explique Datler. Schur ajoute : « Ces résultats constituent une excellente source pour interpréter les données structurelles et virologiques collectées au cours des dernières décennies. »

Un chemin difficile vers la découverte des noyaux du virus de la variole

Le chemin vers ces idées était tout sauf rectiligne. « Dès le début, nous avons dû trouver notre propre voie », explique Datler. Grâce à son expertise en biochimie, virologie et biologie structurale, Datler a isolé, propagé et purifié des échantillons de virus de la vaccine et a établi les protocoles pour purifier l’intégralité du noyau du virus, tout en optimisant simultanément ces échantillons pour les études structurelles. « Structurellement, il était extrêmement difficile d’étudier ces noyaux de virus. Mais heureusement, notre persévérance et notre optimisme ont porté leurs fruits », déclare Hansen.

Les chercheurs de l’ISTA pensent que leurs résultats pourraient fournir une plate-forme de connaissances pour de futures thérapies ciblant les noyaux de poxvirus. « Par exemple, on pourrait penser à des médicaments qui empêchent le noyau de s’assembler – ou même de décomposer et de libérer l’ADN viral lors d’une infection. “En fin de compte, la recherche fondamentale sur les virus comme celle menée ici nous permet d’être mieux préparés à d’éventuelles futures épidémies virales”, conclut Schur.