La méthode d'imagerie appelée cryo-microscopie électronique (cryo-EM) permet aux chercheurs de visualiser les formes des molécules biologiques avec un niveau de détail sans précédent. Maintenant, une équipe dirigée par des chercheurs du Salk Institute et de l'Université de Floride rapporte comment ils ont utilisé la cryo-EM pour montrer la structure d'une version d'un virus appelé AAV2, faire progresser les capacités de la technique et le potentiel du virus en tant que véhicule d'administration pour les thérapies géniques.

"Il n'est pas exagéré de dire qu'il s'agit de l'une des meilleures structures cryo-EM jamais réalisées dans ce domaine, " déclare le professeur adjoint Salk Dmitry Lyumkis, un biologiste structural et co-auteur principal de l'étude. "Nous avons appliqué un certain nombre de procédures différentes qui n'étaient auparavant décrites qu'en théorie. Nous avons démontré expérimentalement, pour la première fois, qu'ils peuvent être utilisés pour améliorer considérablement la qualité de ce type d'imagerie."

Les chercheurs ont utilisé plusieurs avancées techniques pour créer une représentation tridimensionnelle d'un variant d'AAV2 (abréviation de adeno-associated virus sérotype 2), avec une résolution bien meilleure que ce qui a jamais été accompli auparavant. L'étude, qui a été signalé dans Communication Nature le 7 septembre 2018, fait progresser les applications méthodologiques de la cryo-EM tout en aidant à développer de meilleures thérapies géniques, y compris les traitements pour certains types de cécité héréditaire, l'hémophilie et les maladies du système nerveux.

Cryo-EM a permis aux enquêteurs de scruter le fonctionnement interne de minuscules structures, et change notre compréhension des biomolécules et de leurs mécanismes. Dans les travaux en cours, les auteurs montrent que la technique est vraiment capable d'atteindre des résolutions presque jusqu'au niveau de l'atome unique. Il permet également aux chercheurs de dériver des structures pour des complexes protéiques entiers, plutôt que de simples portions de protéines.

Dans la nouvelle étude, les enquêteurs de Salk se sont concentrés sur une version d'un virus AAV2 qui présente un changement particulier dans l'un de ses acides aminés. Cette version est intéressante car elle est moins contagieuse que certains autres AAV, et est à l'étude pour ses implications importantes dans le cycle de vie viral. La nouvelle recherche a fourni une explication structurelle pour laquelle il est différent des autres virus, en révélant des changements clés dans le portail viral utilisé pour emballer l'ADN.

De telles études éclaireront les applications de thérapie génique dans lesquelles un gène correctif pour une maladie est transporté à l'intérieur d'un virus, qui délivre le gène à une cellule. La thérapie génique est à l'étude pour un certain nombre de maladies causées par des mutations uniques, dont amaurose congénitale de Leber, Dystrophie musculaire de Duchenne, l'anémie falciforme, épidermolyse bulleuse jonctionnelle et hémophilie, entre autres.

"Finalement, ce type de recherche a des implications importantes pour comprendre les interactions entre ces différents virus et les types de cellules qu'ils infectent, " dit Sriram Aiyer, un associé de recherche dans le laboratoire de Lyumkis et l'un des premiers auteurs de l'étude. "Ceci est important pour développer une meilleure compréhension du système immunitaire humain et de la façon dont il reconnaît les virus."

Professeur Mavis Agbandje-McKenna, directeur du Center for Structural Biology de l'Université de Floride et co-auteur principal de l'article, ajoute, "Cette technique deviendra particulièrement importante pour développer une meilleure compréhension de la façon dont ces virus interagissent avec le système immunitaire humain, qui est l'un des principaux obstacles restants à l'utilisation de ces virus dans les applications de thérapie génique."

La taille et la forme de l'AAV2 le rendaient idéal pour l'analyse cryo-EM actuelle. "Parce que ce virus a un haut niveau de symétrie, cela nous en a donné plus pour notre argent, " dit Lyumkis. " Nous avons pu obtenir 60 fois plus d'informations, ce qui nous permet d'appliquer de nouvelles techniques de calcul pour créer une meilleure reconstruction de la molécule qui sera extensible à de nombreuses futures expériences cryo-EM haute résolution. »

Lyumkis dit que les techniques de génération de données illustrées dans cette étude montrent qu'il est possible d'extrapoler les résultats avec des microscopes à basse tension qu'auparavant. À l'avenir, cela permettra aux chercheurs d'utiliser de nouvelles versions d'instruments cryo-EM qui coûtent moins cher. "Les microscopes cryo-EM sont très chers, et peu d'institutions en ont actuellement. Ces découvertes permettront d'ouvrir ce domaine à presque toutes les institutions universitaires faisant de la recherche en biologie structurale, " note-t-il.