Thèse Dynamique et Desordre Moleculaire dans la Machinerie de Replication du Virus Sras Cov 2 H/F

Doctorat.Gouv.Fr

La nucléoprotéine (N) du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2) est essentielle à la réplication du génome, à l'encapsidation du génome viral et à la régulation de la transcription des gènes. Le domaine central désordonné est essentiel à la fonction de cette protéine hautement dynamique, contenant un certain nombre de mutations importantes qui sont responsables d'une meilleure activité virale. La spectroscopie RMN (resonance magnetique nucleaire) est l'outil de choix pour étudier le comportement conformationnel des protéines intrinsèquement désordonnées, une classe abondante de protéines qui sont fonctionnelles sous leur forme désordonnée. Elles représentent 40 % du protéome et sont trop dynamiques pour être étudiées par cristallographie ou microscopie électronique, et représentent le frontier de la biologie structurale.
Le laboratoire hôte a développé un grand nombre d'outils uniques, analytiques et experimentaux, basés sur la RMN pour aider à comprendre la fonction de cette classe de protéines à une résolution atomique. Nous utiliserons la RMN, la RMN paramagnétique, la diffusion aux petits angles, le FRET à molécule unique et la microscopie électronique, en combinaison avec la simulation de la dynamique moléculaire, pour décrire les interactions de N avec les protéines partenaires virales et l'ARN viral et le processus d'encapsidation virale. Les résultats seront corrélés avec la microscopie optique et électronique, réalisée en collaboration.

1. To describe the impact of binding of the nucleoprotein to its viral partner nsp3 in terms of conformational rearrangements of two multidomain disordered proteins
2. Describe the conformational changes of the nucleoprotein accompanying binding the viral RNA.
3. Understand the initial steps of encapsidation of the viral genome.

Little is known about the process of encapsidation of the viral genome of SARS-CoV-2, despite the importance of this process in viral replication. We used NMR spectroscopy, small angle X-ray scattering and molecular dynamics simulation to develop a molecular description of this highly dynamics protein in its free state. This article is highly cited and has launched the current project. We will now track the conformational changes upon binding to viral cofactors and viral RNA.
This information will provide innovative new leads for the conception of inhibitors of viral replication. Indeed, the druggability of intrinsically disordered regions of the viral replication machinery is an important, but essentially untapped source of new inhibitory strategy. The information provided by this study will identify disordered peptide motifs that can be further exploited to efficiently inhibit the IDR-mediated interaction.
A partner laboratory (U. Frankfurt) is a world-leader in NMR of RNA, providing parallel information about the impact of mutations on RNA structure, dynamics and interaction. Another partner laboratory (U. Heidelberg) is a world leader in cellular imaging, and has recently published tomographic descriptions of the viral replication apparatus. This collaboration will provide context to our in vitro studies and allow us to test hypotheses in the environment of the infected cell.

We aim to describe the impact of binding of the nucleoprotein to its multi-domain viral partner nsp3 in terms of conformational rearrangements, and to describe the conformational changes of the nucleoprotein accompanying binding the viral RNA. This way we will understand the initial steps of encapsidation of the viral genome.

NMR spectroscopy is the tool of choice for studying the conformational behaviour of intrinsically disordered proteins, complemented with other biophysical techniques such as small angle scattering, single molecular FRET and molecular simulation to develop an multi-scale structural description of this dynamic molecular system.