Entrée et réplication de SARS-CoV-2 dans la cellule humaine

Avec cette œuvre, j’ai pu pénétrer pour la première fois dans la biologie cellulaire. Je remercie les amis chercheurs et enseignants Emilie Lefort et Jean-Christophe Galas qui m’ont aidée dans la réalisation de cette œuvre, j’exprime également toute ma gratitude envers le chercheur émérite en microbiologie qui m’a guidée à travers un mémo détaillé sur SARS-CoV-2 comprenant de nombreuses pages numérotées dont j’ai noté quelques extraits dans ce texte d’explications.

UN GLOSSAIRE fait suite à ce texte d’explications afin de guider le lecteur.

Découvrons tout d’abord l’architecture d’une cellule humaine qui se décompose en trois parties principales :

1° / Le noyau au centre de l’œuvre est représenté en coloris marron et en forme circulaire : à l’intérieur on aperçoit l’ADN en gris qui encercle les histones : ces dernières sont les principaux constituants protéiques des chromosomes, elles sont étroitement associées à l’ADN dont elles permettent la compaction, cette action formant des nucléosomes. Le noyau est entouré du réticulum endoplasmique nommé également « RE » en coloris rose et vert, c’est un organite constitué d’un réseau étendu et complexe de saccules et tubules aplatis, délimité par une membrane unitaire. Il se situe en continuité avec la membrane nucléaire externe et en relation avec les autres compartiments, notamment les vésicules de l’Appareil de Golgi en coloris jaune d’or et vert foncé.
L’Appareil de Golgi est constitué d’un empilement de saccules, semblable à « une pile d’assiettes », appelé « dictyosome », dans lequel on distingue la face « cis » située en aval du réticulum endoplasmique, et la face « trans » qui est tournée vers le cytoplasme. La fonction principale de l’Appareil de Golgi est de servir de lieu de transit et de réservoir pour les protéines et lipides fabriqués dans le réticulum endoplasmique. Il fait partie du réseau de membranes internes, mis en place par les cellules eucaryotes afin d’effectuer le transport des macromolécules. Il permet notamment d’ajouter des modifications post-traductionnelles sur les protéines nouvellement synthétisées.

2°/ Autour du noyau le cytoplasme apparaît en coloris bleu, il est constitué à 80 % d’eau et il s’étend jusqu’à la membrane plasmique en coloris orangé vers le bord de l’œuvre. Il est composé de cytosol, solution aqueuse de sels minéraux et de divers composés organiques qui, avec le cytosquelette, forme le hyaloplasme.
Chez les eucaryotes, le cytoplasme comprend plusieurs organites comme le réticulum endoplasmique, des vacuoles, des mitochondries ; il comprend également des ribosomes, qui ne sont pas considérés comme des organites.

3°/ La membrane plasmique ou plasmalemme : cette membrane biologique, représentée en une large forme circulaire orangée vers le bord de l’œuvre, sépare l’intérieur de la cellule (cytoplasme et noyau) de son environnement extérieur, c’est-à-dire du milieu extracellulaire. La membrane cellulaire est semi-perméable, elle est constituée d’une bicouche de phospholides. Elle contient plusieurs molécules biologiques, principalement des lipides et des protéines impliquées dans une grande variété de processus cellulaires.

Entrée de SARS-CoV-2 :
Dirigeons nous maintenant en haut de l’œuvre et à gauche dans la partie en coloris bleu délimitant le milieu extracellulaire. Le Coronavirus représenté en forme ronde et en coloris gris est hérissé de protéines Spike en coloris bordeaux, à l’intérieur figure son ARN. Voyons de plus près cet ARN symbolisé par un « collier de petites perles ».

p 128 : Cet ARN monobrin est décrit généralement comme constitué de 29903 bases.

SARS-CoV-2 Antigènes (Protéines et peptides) pour la recherche et le développement (CliniSciences) :
Le CoV-2 du SRAS appartient au genre des bêtacoronavirus, qui comprend également le CoV du SRAS (2003) et le CoV du MERS (2012). Comme tous les autres coronavirus, le génome de SARS-CoV-2 code pour la protéine de pointe, la protéine d’enveloppe, la protéine de membrane et la protéine de nucléocapside.

La protéine de pointe ou protéine S : symbolisée en coloris bordeaux, elle contient deux sous-unités, S1 et S2. S1 contient un domaine de liaison au récepteur (RBD) responsable de la liaison avec le récepteur de surface cellulaire. La sous-unité S2, « tige » de la structure, contient d’autres éléments de base nécessaires à la structure. Le SARS-CoV-2 peut infecter les cellules épithéliales respiratoires humaines par interaction avec le récepteur ACE2 humain.
La protéine de nucléocapside ou protéine N : c’est la plus abondante dans les coronavirus, la protéine N est une phosphoprotéine, normalement très conservée.
Le génome code également pour les deux autres protéines : E pour enveloppe et M pour membrane.

Revenons en haut de l’œuvre à gauche, dans la partie bleue le virus va s’accrocher au récepteur ACE2 de la cellule humaine représenté en coloris marron.
p 81 : le virus, mollement arrimé à l’ACE2, va perdre un bout de l’extrémité de sa glycoprotéine S. La responsable est une « étourdie », une protéase humaine du glycocalyx (le manteau membranaire de glucides). « L’élagage » fait découvrir une surface cachée, une courte séquence peptidique qui devient un élément du plasmalemme et conduit également l’enveloppe à s’unir.
p 82 : Demandons maintenant son identité à « l’étourdie » : c’est la protéine TMPRSS2 ou protéine transmembranaire de type II, sa surface contenant la sérine.
Un autre facteur de fusion du domaine S1 est une protéase du glycocalyx, la furine, connue depuis une trentaine d’années. Les éléments internes du virus se déversent dans le cytoplasme.

DANS LE CYTOPLASME :

Sur l’oeuvre vers le bord supérieur et à gauche, on aperçoit le virus en coloris gris avec son ARN ; il pénètre dans le cytoplasme par voie endosomale en coloris vert. Un endosome est une petite structure sphérique, délimitée par une membrane lipidique située dans le cytoplasme des cellules eucaryotes et proche de la membrane plasmique.
Un peu plus haut à gauche on aperçoit d’autres endosomes en coloris bordeaux entouré de vert, ils sont entourés de chathrines, ce sont des protéines symbolisées en petites fourches roses.
p 84 : Ces dernières sont grégaires et forment de petits radeaux sur la face interne du plasmalemme. Ces petits radeaux, nommés également « puits d’endocytose », vont s’associer à l’adeptine une protéine qui va se joindre à la clathrine par son extrémité cytosolique.
p 85 : Les clathrines s’agrègent alors soit en hexamères (6) soit en pentamères (5). La structure fait ventouse et englobe le virion, s’autoassemble en hélice autour du col de la vésicule ; c’est aussi une enzyme GTPase, elle récupère donc de l’énergie et cet apport lui permet de resserrer la structure, type cache-col, au goulot de la vésicule. C’est donc une « étrangleuse » qui libère la vésicule dans le cytosol.
Ensuite une vésicule « nettoyeuse » ou lysosome va en quelques secondes détruire l’enveloppe et ainsi libérer l’ARN viral dans le cytosol. Ce processus est représenté sur l’œuvre dans la partie bleue un peu plus bas à gauche.

La Saga de Covid-19 :
Les coronavirus sont munis d’un seul génome ARN à brin positif, à présent en place dans le cytoplasme. Le génome ARN du coronavirus a une coiffe méthylée 5′ et une queue polyadénylée 3′, ce qui permet à l’ARN de se fixer aux ribosomes pour la traduction : les ribosomes de la cellule décodent l’ARN viral, produisant les protéines qui y sont codées.
D’abord l’ARN positif du virus est transcrit en protéine pour former une ARN polymérase propre. La réplicase est la première protéine fabriquée. Cette réplicase virale ne reconnait et produit que l’ARN viral, le génome viral est alors transcrit en nouvelles copies ARN, à l’aide de la machinerie de la cellule hôte. Se servant du brin positif comme modèle, cette enzyme assemble le brin négatif.
Le génome du brin négatif est traduit par le ribosome de la cellule hôte, et deux longues polyprotéines sont formées, où les protéines non structurales sont regroupées et attachées. Les coronavirus ont, parmi leur quinzaine de protéines non structurales, deux protéases qui sont capables de cliver chaque polyprotéine.

Ce processus est représenté sur l’œuvre en bas à gauche dans la partie bleue du cytosol. Le clivage est symbolisé par les deux flèches jaunes au bout desquelles apparaissent les deux polyprotéines pp1a et pp1ab.

p 107 : un ribosome, c’est quatre ARN ribosomiques différents à haut taux de repliement, où viennent s’agglutiner des dizaines de protéines.
p 110 : Les ribosomes : ils sont 100 000 à 500 000 par cellule, la majorité d’entre eux se trouve dans la fraction cytosolique du cytoplasme, d’autres sont fixés à la partie externe du réticulum endoplasmique.

Sur l’œuvre on retrouve les ribosomes fixés au réticulum endoplasmique en petits cercles bordeaux sur fond rose. Pour les ribosomes libres dans le cytosol, la place m’a manqué car j’ai indiqué de nombreuses autres informations, et ils ne sont pas symbolisés.
p 110 : En prenant une expansion d’échelle (x 10 puiss. 6), notre ribosome avec ARN+, c’est une quetsche d’Alsace avec un fil de couturière traversant latéralement le fruit ; 1/2 million de quetsches, est-ce encombrant ?

Revenons maintenant en bas à gauche dans le cytosol en coloris bleu ou l’ARN s’est autoclivé en deux polyprotéines pp1a et pp1ab. Ces deux polyprotéines vont à leur tour s’autocliver en 16 autres protéines.
p 139 : Avec leur autoclivage, elles vont générer la libération de 16 fragments, chacun doté de structures et donc de fonctions différentes, les célèbres « nsp » pour « non structural proteins ».
p 195 : Les produits des polyprotéines diffusent dans le REL , vont rester dans la lumière du réticulum ou bien être englobés dans des vésicules de l’ERGIC. L’ARN viral pénètre dans une vésicule qui constituera un complexe CRT ou nommé sur l’œuvre RTC (en anglais Réplicase Transcriptase Complex).

Le RTC est localisé dans le réseau membranaire issu du réticulum endoplasmique nommé ERGIC.

p 141 : Réplicase-Transcriptase :
A l’origine l’ARN+ squatte un ribosome humain du cytosol, il va vite générer 2 types de produits moléculaires. Les premiers éléments d’édification d’un complexe sont dotés de 2 « têtes », l’une qui servira à faire une contre-copie de l’ARN+, c’est-à-dire un ARN-, puis cet ARN- repassera dans la « tête de contre-contre-copie » pour tricoter l’ARN+ du virion.
p 144 : Les 16 « nsp » sont essentielles, elles répliquent l’ARN+ car le système ad hoc n’existe pas chez l’hôte. Elles doivent d’autre part faire le bon découpage des polyprotéines rapidement car l’hôte a des enzymes lytiques efficaces mais aussi destructrices. Elles doivent donc vite prendre le contrôle du métabolisme de la cellule-hôte, grâce à ses propres ARN de transfert. L’énergie assure ensuite la sortie dans le milieu extracellulaire d’un virion complet.

Les « nsp » du SARS-CoV-2 :

La nsp1 : p 219 et p 220 : elle présente une double affinité : elle se lie au site d’accueil de la sous-unité 40S des ribosomes humains pour les ARNm , elle est affine avec l’ARN+ viral.
p 220 : si elle est « chargée », elle va priviliégier la traduction du génome viral « en piratant » le mécanisme du h-ribosome (ARNt, acides aminés, énergie)
Si elle est libre, elle atterrit sur le site d’accueil et bloque le tunnel d’entrée du ribosome. Les ARNm humains ne peuvent plus utiliser ce ribosome et vont être rapidement lysés.
D’autre part, la nsp1 peut atteindre les pores nucléaires et s’y incorporer avec sa masse d’environ 22kDa, et ainsi perturber le fonctionnement ; il est toutefois totalement exclu, stériquement et topologiquement, que la nsp1 interagisse avec l’ADN nucléaire.

nsp1 : son rôle est de se lier directement par son domaine C-terminal à la petite sous-unité 40S ribosomique pour restreindre la traduction des ARNm humains. Les scientifiques ont en outre observé que la liaison de l’ARN du SARS-CoV-2 par son extrêmité 5′ avec le domaine C-terminal de nsp1 évite l’interaction entre le domaine C-terminal de nsp1 et la sous-unité ribosomique, le résultat : un accès de l’ARN viral au site de traduction du ribosome.
La nsp 1 est donc un bon « couteau suisse ». Première à être produite, elle détourne le fonctionnement des ribosomes à l’avantage du virus et elle perturbe le métabolisme cellulaire.

p 140 : nsp3 : PLpro ou Papaïne Like protéase.

nsp 5 : = 3CL pro ou 3ème Cystéine Like protéase : c’est une endo-peptidase, non aléatoire. Sa scission s’effectue sur l’un des acides aminés soufrés, la cystéine.

p 147 : nsp12 : elle a plusieurs dénominations : ARN polymérase-ARN dépendante, c’est la plus exacte.

p 148 : La « réplicase » (première protéine fabriquée) va s’adapter à la queue polyadénylée 3′, signal de départ pour l’ARN anti-sens. De petits nucléotides (A, C, G, U) sont gracieusement fournis par la « sotte » cellule-hôte. L’énergie de la réaction fournit un tri-phosphate associé au nucléotide. Le rythme est infernal : dans les 500 nucléotides par seconde. C’est la cause majeure de création de variants.

p 149 : nsp13 : c’est une hélicase qui fait son travail d’épissoir et écarte d’abord sur un « pas d’hélice ARN pour cet ARN-/+ bi-brin », soit environ 10 bases. En aval, le surenroulement est de plus en plus intense, puis est stoppé, arrive alors la nsp2.

p 151 : nsp2 : ou ARN topoisomérase du CoV : elle relâche les super-enroulements générés par sa voisine à chaque pas de la double hélice ARN, soit 50 fois par seconde.

En bas de l’œuvre dans la partie bleu sombre du cytosol, le processus de la réplication virale dans les DMV (Double Membrane Vésicules ou Vésicules à Double Membrane) est symbolisé à l’intérieur du cercle bleu ; nous découvrons sur un zoom, d’après un schéma trouvé dans la thèse de Claire Marie Vigneron, les vésicules à double membrane en coloris bleu sur lesquelles on aperçoit les nsp3 nsp5 et nsp8.

p 196 : Les protéines structurales vont se stabiliser dans la membrane du réticulum endoplasmique. La membrane cellulaire renferme aussi des protéines non virales, mais surtout non structurales comme les nsp du CoV.
Les nsp 4 et 6 interviennent pour initier un (pseudo) phagosome, associé à un radeau PiP3 (p 189). Le rapprochement des protéines S et E est dans un premier temps facilité par un omégasome.
p 197 : Le repliement du REL conduit à une vésicule de 200/300 nm de diamètre. Il lui faut donc s’enfler, s’arrondir et se refermer en englobant des molécules N ligantes avec E, chargées ou non de l’ARN viral. On peut imaginer la double membrane emprisonnant un volume réticulaire où pointent les fameuses spicules.
Au MET, 90 % des « têtes » sont des têtes « pleines », et contiennent donc le futur virion.
p 198 : La plus abondante des protéines structurales du CoV est la N, une phosphonucléoprotéine ; elle contribue à un bon rendement de remplissage.
Le nouveau virion va devoir maintenant trouver la sortie par le cytosquelette. Il sera pris en charge par des microtubules depuis la zone ERGIC.
p 199 : Devenir du nouveau virion : il se trouve dans un feutrage dense de cils mobiles, chacun d’eux renferme des filaments contractiles d’actine, leur conférant un mouvement ondulatoire. Le virion peut ensuite soit réinfecter la cellule-mère, soit infecter une cellule épithéliale adjacente proximale, soit aussi être expectoré en gouttelettes contaminantes.
p 203 : Pléomorphisme ou des organismes qui changent d’apparence .
Le volume de SARS-CoV-2 peut varier du simple au double. C’est le même virion mais il englobe, en finition, un volume variable de matériaux humains tout comme le CRT et les DMV.

Voyons sur l’œuvre à droite du réticulum endoplasmique : les nouveaux virions avec leur ARN sortent de la zone ERGIC entre l’Appareil de Golgi en coloris jaune-orangé et le RE en coloris bordeaux. Pris en charge par les microtubules, ils sont ensuite expulsés de la cellule. Les virions, à droite dans le cytosol en bleu, traversent alors la membrane cellulaire en coloris ocre-orangé, leur déplacement suit les flèches jaunes, ils se retrouvent ensuite dans le milieu extracellulaire.

Cours Pharmacie : les systèmes endosomaux et lysosomaux :
Toujours dans le cytosol en coloris bleu roi et en haut, d’autre virus viennent de pénétrer dans la cellule par voie endosomale. Les endosomes, en haut dans le cytosol, sont représentés en coloris bordeaux et vert, ils sont souvent entourés de clathrines en coloris rose, l’un d’eux s’enfonce ensuite dans la cellule : viennent ensuite les endosomes de tri qui possèdent un contenu acide, le pH passe donc de 7,4 (extracellulaire) à 6,5 pour les endosomes tardifs : ces derniers constituent un nouveau compartiment sous forme de grosses structures vésiculaires. Ces corps multi-vésiculaires » dégradent partiellement des protéines par hydrolyse grâce à des enzymes provenant de l’Appareil de Golgi.

On peut suivre sur l’œuvre le parcours de l’endosome, en haut dans le cytosol, grâce aux petites flèches jaunes qui descendent ensuite à droite vers Golgi.

Les mécanismes de transports membranaires : Biochimie Université Angers Emmanuel Jaspard :
pour la bonne compréhension des lignes suivantes, rappelons que la mention « mM »est le symbole de la millimole par litre.
Concernant la concentration intracellulaire en ions du cytosol, l’ion K+ ou ion potassium est majoritairement représenté, c’est un cation résultant de la perte d’un électron, sa concentration dans le cytosol est de 120-140 mM. On retrouve également H+ et H2O ainsi que des protéines et acides nucléiques avec une concentration de 148 mM, ainsi que quelques ions Cl- ou ion chlorure qui a gagné un électron : leur concentration intracellulaire est de 5-20 mM. HCO3-ou ion bicarbonate ou hydrogénocarbonate, est symbolisé en bas du cytosol à droite.

Le Cytosquelette – Cours de Biologie :
Un anneau correspondant toujours au cytoplasme est représenté sur fond bleu clair proche de la membrane plasmique. Il contient en coloris ocre clair les filaments du cytosquelette intracellulaire, composés de filaments d’actine, ce sont les plus nombreux à l’intérieur de la cellule. Il existe aussi des filaments intermédiaires et des microtubules. Cette charpente va interagir avec les autres composants de la cellule comme la membrane plasmique et aussi les organites : son champ d’interaction va donc concerner tous les compartiments de la cellule.

On aperçoit en coloris ocre-clair les filaments du cytosquelette décrits ci-dessus, ils sont proches de la membrane plasmique, et ils peuvent ensuite s’étendre dans le cytoplasme.

Protéines motrices et cytosquelette :
Les microfilaments d’actine servent de points d’ancrage pour les molécules d’adhérence, les filaments intermédiaires régulent la forme cellulaire, les microtubules maintiennent la forme cellulaire et assurent la mobilité cellulaire ainsi que celle des chromosomes et organites associés à des protéines motrices.

Sur l’œuvre, nous effectuons une promenade circulaire toujours dans l’anneau en coloris bleu clair et bleu turquoise entouré par la membrane plasmique en coloris ocre-orangé et ocre-rouge. En partant en haut de cet anneau et en descendant sur la gauche, nous croisons les ions K+ en quantité importante dans le cytosol ainsi que l’ion H+. Puis, tout juste avant de croiser le virus entrant à gauche dans la cellule par le récepteur ACE2, nous nous arrêtons devant une pompe à ions.
Wikipédia : en biologie cellulaire, une pompe à ions ou pompe ionique, est une protéine transmembranaire qui transfère les ions à travers la membrane plasmique d’une cellule. Ici, il s’agit de la pompe sodium-potassium qui utilise l’énergie libérée par l’hydrolyse d’une molécule d’ATP pour expulser trois ions sodium Na+ et absorber deux ions potassium K+, ce qui permet de rétablir le potentiel électrochimique de membrane après passage d’un potentiel d’action.

Les trois ions Na+ en billes vert foncé traversent le plasmalemme en suivant les flèches jaunes et se retrouvent dans le milieu extracellulaire de l’autre côté de la membrane, alors que les deux ions potassium K+ en billes en coloris orangé arrivent en sens inverse et se retrouvent dans le milieu intracellulaire.
Toujours sur l’œuvre, après le passage du Coronavirus dans la partie bleu turquoise, nous continuons à descendre sur la gauche dans l’anneau bleu où évoluent les ions K+, H+, Na+ ainsi que la molécule d’eau H2O.
Nous voici tout en bas de l’oeuvre dans la partie bleu turquoise à travers laquelle deux rangs serrés de molécules d’eau (H2O deux billes jaunes et une bille rouge) se dirigent vers l’intérieur de la cellule. Ces molécules H2O proviennent d’une aquaporine, une protéine membranaire formant un « pore » perméable aux molécules d’eau dans les membranes biologiques, permettant ainsi le passage de l’eau de part et d’autre de la membrane.
Nous remontons lentement toujours dans l’anneau bleu clair et à droite parmi les ions H+ en billes jaunes et K+ en billes orangées, nous nous arrêtons devant l’ion chlorure Cl-, c’est un anion en bille vert clair qui vient de gagner un électron.
Nous nous arrêtons et assistons à l’entrée du Coronavirus dans la cellule, il provient du milieu extracellulaire en bas de l’oeuvre dans le bord droit. Nous poursuivons notre route « cellulaire » dans l’anneau bleu, nous croisons deux cations K+ : ils résultent de la perte d’un électron pour chaque atome de potassium. Un peu plus haut, ce sont à nouveau trois cations Na+ en billes en coloris vert clair qui sont transportés vers le milieu extracellulaire en suivant les flèches jaunes.
Continuons vers le haut à droite toujours dans l’anneau bleu à l’intérieur duquel évoluent les ions potassium à côté des filaments du cytosquelette, juste au dessus quelques molécules d’eau se dispersent, elles proviennent d’une aquaporine traversant la membrane cellulaire. Nous nous arrêtons au passage des nouveaux virions, tout juste fabriqués et expulsés de la cellule en flèches jaunes vers le bord droit en haut de l’œuvre.
Reprenons la promenade circulaire dans l’anneau où apparaissent sur fond bleu turquoise quelques ions K+ ainsi que des molécules d’eau, nous arrivons en haut de l’oeuvre où dans l’anneau bleu nous nous retrouvons devant les extrémités de deux queues hydrophobes aliphatiques (à chaînes ouvertes) d’un phospholipide ; ces queues traversent la membrane plasmique en coloris ocre orangé, elles remontent jusqu’à la tête polaire hydrophile ; cette dernière est composée d’un groupement phosphate noté « p » ainsi que d’atomes de carbone, oxygène et hydrogène (glycérol).

LA MEMBRANE PLASMIQUE :

Nous sommes maintenant tout en haut de l’œuvre et nous poursuivons la « promenade cellulaire » cette fois ci dans le plasmalemme ou membrane plasmique représentée par le large anneau en coloris ocre orangé. Tournons vers la gauche où apparaît la bicouche phospholipidique : en partant des têtes hydrophiles symbolisées en rangées de petites boules orangées ou rouges, les queues hydrophobes représentées par des petits traits serrés en coloris jaune, se font face et se rejoignent au centre de la membrane plasmique où le milieu très dense repousse l’eau. On aperçoit également des molécules de cholestérol, un constituant majeur de la membrane cellulaire, il est composé de quatre cycles carbonés symbolisés en jaune, on le trouve aux côtés des phospholipides dans le coeur de la membrane.

Hélice-alpha Wikipédia :
Insérée dans la membrane cellulaire apparaît en bleu roi une protéine en hélice alpha tout en haut : c’est une structure secondaire courante des protéines, elle est formée par l’enroulement régulier sur elle-même d’une chaîne polypeptidique de forme hélicoïdale, chaque groupe N-H de la chaîne principale d’un acide aminé forme une liaison hydrogène avec le groupe C-O de la chaîne principale. En allant sur la gauche nous croisons d’autres protéines transmembranaires.

Protéines transmembranaires :
Elles sont plus larges et toujours symbolisées en coloris bleu roi. Une protéine est dite transmembranaire lorsqu’elle traverse au moins une fois entièrement la membrane cellulaire ; trois environnements de composition différente sont en contact avec la protéine : le milieu extracellulaire, les lipides de la membrane et le cytosol. Ces protéines ont des fonctions variées, mais la principale est de convoyer une information depuis le milieu extérieur vers le milieu intérieur. Il existe aussi un cas ou ces protéines entrent en jeu lorsqu’il s’agit de la cellule immunitaire qui phagocyte un élément extérieur (virus, bactéries)…

Protéine membranaire périphérique :
Une protéine périphérique toujours en haut et à gauche se trouve sur la face interne de la membrane plasmique. Cette protéine n’adhère que temporairement à la membrane biologique, elle peut se lier aux protéines membranaires intégrales où pénétrer les régions périphériques de la bicouche lipidique.

Continuons à descendre à gauche dans le plasmalemme : nous croisons à nouveau le virus qui vient de s’arrimer au récepteur marron noté ACE2, symbolisé à la surface de la membrane cellulaire.
Nous suivons la bicouche de phospholipides, ils sont constitués de têtes en petites boules en coloris orangé ou rouge et de queues en coloris jaune. Toujours dans ce réseau très dense, les protéines transmembranaires en bleu sont intercalées avec le cholestérol en jaune et les glycolipides en vert.
En nous dirigeant en bas à gauche, nous découvrons, traversant la membrane en ocre orangé, la structure d’un Glycéro-Glycolipide ; juste dessous, des molécules d’eau H2O provenant d’une aquaporine, traversent elles aussi la membrane et se déversent dans le cytosol.
Le réseau de phospholipides de la membrane continue en bas à gauche, une autre protéine en hélice-alpha traverse la membrane ainsi que des protéines transmembranaires en coloris bleu. Nous voici tout en bas de l’œuvre où la structure d’un autre glycolipide est symbolisée : juste dessous trois cations Na+ en billes vert clair sont expulsés vers le milieu extracellulaire en échange de deux ions potassium K+ que l’on retrouve dans le milieu intracellulaire. Puis nous croisons une aquaporine en coloris rose avant de poursuivre notre cheminement sur la droite toujours dans la membrane plasmique en coloris ocre orangé.
Nous sommes tout en bas et nous nous dirigeons à droite parmi la bicouche de phospholipides en jaune, les protéines transmembranaires et protéines de transport en coloris bleu. Nous remontons maintenant légèrement sur la droite en bas de l’œuvre, et croisons à nouveau dans la partie ocre orangé, les trois cations Na+ que la pompe à sodium vient d’échanger avec les deux ions K+ du cytosol.

Dans l’angle droit en bas de l’œuvre, un autre virus pénètre à l’intérieur de la cellule, après s’être arrimé au récepteur ACE2. Nous remontons doucement sur la droite toujours dans la membrane plasmique, nous croisons les cations Na+, Ca2+, K+ ainsi que des molécules d’eau. Nous voici devant la structure d’un Sphingo-Glycolipide. Ce sont des lipides complexes, dérivés de la molécule de sphingosine, présents dans les membranes cellulaires.
Nous continuons à remonter à droite dans le plasmalemme, à l’intérieur de la bicouche phospholipidique est à nouveau inséré le cholestérol et ses quatre cycles carbonés en jaune ainsi qu’une protéine transmembranaire en hélice alpha et en coloris bleu ; plus haut, un glycolipide en coloris vert et une glycoprotéine en coloris bleu apparaissent, suivis d’une protéine canal de transport en coloris bleu.
Nous arrivons bientôt en haut à droite dans la membrane plasmique, une aquaporine la traverse, transportant des molécules d’eau. Juste au dessus les nouveaux virions s’échappent et traversent la membrane vers le milieu extracellulaire. Nous sommes maintenant en haut à droite toujours dans l’anneau ocre orangé de la membrane plasmique. Nous croisons encore une longue protéine en hélice-alpha et en coloris bleu, et nous suivons la bicouche de phospholipides dans laquelle sont insérés le cholestérol en jaune, un glycolipide en coloris bleu et une protéine transmembranaire également en coloris bleu.
Nous sommes tout en haut de l’œuvre, nous croisons quelques molécules d’eau et nous voici devant la structure du phospholipide, duquel est parti notre circuit dans la membrane cellulaire.

Tournons maintenant en haut et à gauche au bord de l’œuvre dans la partie en coloris bleu turquoise et bleu roi constituant le milieu extracellulaire. Les principaux composants chimiques apparaissent, il s’agit des cations Na+, Ca+, K+, de l’anion Cl- et bien sur de la molécule d’eau H2O.

AUX QUATRE ANGLES DE LA TOILE sur les fonds en coloris ocre roux, sont symbolisés des zooms représentant différentes conformations moléculaires lorsque le virus pénètre dans la cellule par le domaine de la protéine TMPRSS2.
P 26 :
Nous allons découvrir une partie de la structure pseudo-cristalline de SARS-CoV-2, qui comprend trois domaines I, II et III ; les virus enveloppés dont le SARS-CoV-2, en conditions artificielles, vont fournir de faux cristaux sans maillage régulier. Sur l’œuvre c’est le domaine II qui est symbolisé et étudié avec les résidus compris entre les numéros suivants :102-184.

Dans l’angle tout en haut à gauche et sur fond ocre roux, apparaissent les structures de la sérine, de l’aspartate, de l’histidine et de la cystéine, appartenant au domaine de la protéine TMPRSS2.
La publication suivante m’a guidée dans cette réalisation : « TMPRSS2 : A potential target for treatment of influenza virus and coronavirus infections » : Li Wen Shen, Hui Juan, Mao, Yang Ling Wu, Yoshimasa Tanaka, Wen Zhang.
Le gène TMPRSS2 code une protéine de 492 acides aminés, de la famille des protéases à sérines. Le domaine de protéase noté tout en haut « Sérine protéase domain » contient une triade catalytique correspondant aux résidus des acides aminés His 57, Asp 102, Ser 195. Le récepteur « piégeur » contient un domaine riche en cystéine.

Nous descendons maintenant au bord de l’œuvre à gauche dans le milieu extracellulaire sur fond bleu. Nous retrouvons les trois cations Na+ en billes vert clair, échangés avec les deux cations K+ par la pompe à sodium. De nombreux cations Na+ évoluent dans le milieu extracellulaire ainsi que H2O et quelques anions chlorure Cl- également en billes vert clair.
Lors de notre descente sur le bord gauche, nous croisons une glycoprotéine ainsi qu’un glycolipide, tous deux émergent de la membrane cellulaire ; un peu plus bas sont notés le cholestérol ainsi qu’une protéine canal de transport.

« pH-Dependant Conformational Flexibility of the SARS-CoV- Main Proteinase (Mpro) Dimer : Molecular Dynamics Simulations and Multiple X-ray Structure Analyses » : Jinzhi Tan, Koen H.G Verschueren, Kanchan Anand, Jianhua Shen…Hualiang Jiang, Rolf Hilgenfeld. : cette publication m’a conduit dans les zooms des trois autres angles sur fond ocre roux de l’œuvre :

Nous voici en bas dans le bord et l’angle gauche en coloris ocre roux où figurent les schémas (a) et (b) de la page 31 représentant en bas à gauche certaines conformations du site catalytique. Les molécules d’eau sont indiquées par un W. Un virus s’apprête à rentrer dans la cellule en s’arrimant au récepteur ACE2 en coloris ocre roux.
Continuons tout en bas au bord de l’œuvre dans le milieu extracellulaire en coloris bleu, et tournons vers la droite parmi les ions Na+ et Ca 2+.
Nous arrivons en bas à droite dans le milieu extracellulaire en coloris bleu, nous croisons l’extrémité d’une protéine transmembranaire ainsi qu’une protéine de transport située dans la membrane plasmique en coloris ocre orangé.

Dans l’angle à droite sur fond ocre roux, alors qu’un virus va s’arrimer au récepteur ACE2 par l’intermédiaire de sa protéine Spike, nous observons les divers comportements du site catalytique d’après les schémas (c) et (d) page 31. La molécule d’eau notée « W » forme trois liaisons hydrogène ici avec Asp 187 et His 41 ; le système de liaison-hydrogène demeure intact durant presque toute la durée de la simulation, avec de petites fluctuations. Pourtant dans une récente simulation, Pang a observé que Asp 187 pourrait changer de conformation et interagir avec His 41, et ainsi remplacer la molécule d’eau et former une triade catalytique.

Continuons à remonter à droite au bord de l’œuvre dans le liquide extracellulaire. Nous croisons à nouveau les 3 cations Na+ en billes vert clair ainsi que les 2 cations K+ en billes orangées, échangés par la pompe à sodium, puis est noté le Sphingo-Glycolipide traversant la membrane plasmique, au dessus apparaissent des ions Na+ en billes vert clair, un cation Ca 2+ et un anion Cl- ; l’extrémité d’une protéine transmembranaire en hélice-alpha traverse le liquide extracellulaire, puis ce sont les extrémités d’un glycolipide en coloris vert, d’une glycoprotéine en coloris bleu et une protéine canal de transport est également notée parmi les ions Na+ et Cl-. Nous nous trouvons un peu plus haut devant les molécules d’eau provenant d’une aquaporine traversant la membrane cellulaire.

Nous voici en haut de l’œuvre, juste sous l’angle à droite : des virions sont expulsés de la cellule.
p 31 : De multiples changements conformationnels dépendant du pH constituent le but principal de cette étude.
p 33 : La poche de liaison S1 et la boucle oxyanionique (138-145) sont révélées par cristallographie aux rayons X.
Dans l’angle et sur fond ocre roux, à nouveau apparaissent, d’après une simulation figurant sur le schéma (a) p 33, des variations de pH-dépendant des états protonés His 163 et His 172.
p 32 : L’His 163, un résidu bien conservé, peut former une liaison hydrogène entre son atome N 2 et la chaîne latérale carbone-oxygène du résidu glutamine. Le segment comprenant les résidus 138-145, est représenté dans l’angle tout en haut à droite avec les résidus 140-145, il modifie de façon significative sa structure.

Nous poursuivons tout en haut de l’œuvre notre chemin vers la gauche dans le milieu extracellulaire en coloris bleu : à nouveau nous croisons l’extrémité d’une protéine en hélice-alpha et en coloris bleu roi, puis celle d’un glycolipide parmi les cations Na+ et les anions Cl-. Nous rejoignons maintenant le phospholipide dont la structure moléculaire traverse la membrane cellulaire.

Voilà cette promenade terminée au cœur de la cellule humaine, nous avons observé le comportement et les différentes étapes utilisées par le Coronavirus pour se multiplier.
J’espère trouver le temps dans de futures œuvres afin de vous conduire dans l’immense diversité d’autres mécanismes cellulaires