Les centres Fe-S comme cofacteurs indispensables à la réplication des Coronavirus – CoV-FeS

La réplication et le maintien de l'intégrité du génome sont des tâches primordiales pour tous les organismes. Pour répliquer leur génome exceptionnellement grand, les coronavirus (CoV) utilisent une machinerie unique et sophistiquée de synthèse de l'ARN et de correction des erreurs, composée d’au moins l'ARN polymérase ARN-dépendante (RdRp, nsp12), de l'hélicase (nsp13), d’une 3’-5’ exonucléase (ExoN, nsp14), activité qui nécessite la présence de son cofacteur, la protéine nsp10. Bien que ces trois activités enzymatiques soient essentielles au maintien de la stabilité du génome et doivent donc fonctionner de concert, on ne connaît que peu de choses sur la manière dont elles communiquent ensemble, par exemple comment le recrutement de l'ExoN a lieu lorsqu'un mésappariement est inséré dans l'ARN néosynthétisé par le complexe de réplication.
Récemment, la découverte que l’ARN polymérase (nsp12) et l'hélicase (nsp13) hébergent des centres Fe-S au lieu du zinc, comme initialement décrit, a dévoilé des aspects insoupçonnés du monde viral. Nos données préliminaires indiquent que l'exonucléase (nsp14) et son co-facteur nsp10 pourraient également fixer des centres Fe-S. Cela illustre que les virus, à l’instar des organismes cellulaires, peuvent utiliser les protéines Fe-S pour assurer des fonctions essentielles pour leur cycle de vie. Ainsi, le rôle clé des centres Fe-S dans les protéines virales est un domaine en plein émergence, dans lequel les CoVs se distinguent en tant que modèles. Il s'agit également d'une illustration frappante de l'importance des protéines à centre Fe-S dans la réplication et le maintien de l'intégrité du génome, un domaine dans lequel, au fil du temps, de plus en plus de protéines à Fe-S sont identifiées.
Par analogie avec le rôle critique des centres Fe-S dans les mécanismes de réparation de l'ADN, notre hypothèse est que dans la voie unique de relecture de l'ARN des CoV, impliquant les protéines nsp12/nsp13/nsp14/nsp10, où le dialogue entre elles est crucial et implique les centres Fe-S.
Le projet CoV-FeS vise à (1) étudier à l'échelle de la molécule unique la contribution des centres Fe-S dans la communication entre l'ARN polymérase (nsp12) et l'hélicase (nsp13) du SARS-CoV-2, ainsi qu'avec leur substrat d'ARN, et à (2) définir si nsp14-ExoN et nsp10 des protéines à centre Fe-S.
Une conséquence fâcheuse de l'utilisation des centres Fe-S est leur vulnérabilité aux oxydants et leur possible mis-métallisation, comme l'illustre le fait que les protéines ayant un centre Fe-S sensible à l’oxygène sont souvent caractérisées à tort comme des protéines contenant du zinc. Cependant, dans le cas de la lutte contre le SARS-CoV-2, cet inconvénient pourrait être détourné à notre en avantage et ouvrir la voie pour le développement de composés anti-CoV. Ce sera le (3) et dernier objectif de notre projet, qui est d'obtenir des informations sur la manière dont les protéines virales à centre Fe-S acquièrent leurs cofacteurs et sur les conditions cellulaires qui pourraient être défavorables à la stabilité de leur centre Fe-S.
Dans cet objectif, le projet CoV-FeS a rassemblé un consortium multidisciplinaire qui déploiera: (i) des approches pour produire, caractériser et identifier les protéines à centre Fe-S ; (ii) une méthodologie de pointe pour l’étude à l’échelle de la molécule unique avec le développement de pinces magnétiques à haute résolution pour étudier le mécanisme de relecture de l'ARN chez les CoV ; et (iii) enfin un panel de souches d'E. coli et de levure conçu pour étudier comment entraver la stabilité et/ou l'acquisition des centres Fe-S dans les protéines du SARS-CoV-2.
Plus généralement, ce programme posera les bases dans la caractérisation du rôle des protéines virales à centre Fe-S pour assurer une réplication optimale du génome viral. Enfin, les connaissances acquises permettront d'élaborer de nouvelles stratégies pour lutter contre les infections virales (ré)-émergentes.