De nouvelles connaissances sur la façon dont le VIH-1 assemble et incorpore la protéine d’enveloppe

L’assemblage du VIH-1, qui cause le SIDA, a lieu sur le feuillet de la membrane plasmique interne des cellules infectées, un processus de construction géométrique qui crée des hexamères à partir des trimères de la protéine virale Gag, guidé par le domaine matriciel N-terminal de Gag.

Pourtant, certains détails de cet assemblage de virions font défaut depuis quatre décennies. Dans une étude publiée dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciencesJamil Saad, Ph.D., et ses collègues fournissent la première vue atomique du réseau matriciel, montrant des détails moléculaires à une résolution de 2,1 angströms, une étape qui fait progresser la compréhension des mécanismes clés de l’assemblage viral et de l’incorporation de protéines d’enveloppe virale.

« Nos découvertes peuvent faciliter le développement de nouveaux agents thérapeutiques qui inhibent l’assemblage du VIH-1, l’incorporation de l’enveloppe et finalement la production de virus », a déclaré Saad, professeur de microbiologie à l’Université de l’Alabama à Birmingham.

La protéine Gag est modifiée après la traduction, dans laquelle un groupe myristate de type lipidique est ajouté pour aider Gag à se lier à la membrane plasmique. La façon dont le domaine matriciel myristoylé, ou myrMA, de Gag s’assemble en réseau échappait à la détection jusqu’à présent.

Des techniques à faible résolution moléculaire, telles que la diffraction cryoélectronique et la tomographie cryoélectronique, ont suggéré que la protéine myrMA s’organise en trimères, et que ces trimères subissent ensuite une organisation d’ordre supérieur pour former des hexamères de trimères. L’étude de Saad est cohérente avec une étude récente, qui a suggéré que la protéine myrMA subit des changements structurels spectaculaires pour permettre la formation de réseaux hexamères distincts dans les particules virales immatures et matures. La maturation du virus est la dernière étape du cycle de réplication du virus, car le noyau de la capside se forme à l’intérieur du virus assemblé, produisant des particules infectieuses.

La protéine d’enveloppe du VIH-1, ou Env, est une protéine transmembranaire délivrée à la membrane plasmique par la voie sécrétoire de la cellule. La majeure partie de la protéine Env s’étend au-delà de la membrane, mais une queue traverse la membrane pour revenir à l’intérieur de la cellule. Des études génétiques et biochimiques ont suggéré que l’incorporation de la protéine virale Env dans les particules virales dépend également de l’interaction entre le domaine myrMA et la queue cytoplasmique d’Env. En 2017, le laboratoire de Saad a résolu la structure à haute résolution de la queue cytoplasmique d’Env, qui était la dernière structure protéique inconnue du VIH-1.

Env est une protéine clé d’infectiosité. Lorsqu’un virus VIH-1 mature s’approche d’une cellule cible, Env se fixe aux protéines à l’extérieur de la cellule non infectée, puis la protéine Env s’enclenche comme une souricière pour fusionner la membrane virale avec la membrane cellulaire.

Dans les structures décrites par les collègues de Saad et UAB, l’acide myristique de myrMA joue un rôle clé dans la stabilisation de la structure du réseau, de sorte que la capacité à former des cristaux de myrMA était importante. Ils ont relevé ce défi technique insaisissable en supprimant 20 acides aminés de l’extrémité du myrMA de 132 acides aminés. La formation d’un réseau Gag sur la membrane plasmique est connue pour être obligatoire pour l’assemblage de l’incorporation du VIH-1 immature et de l’Env.

Saad et ses collègues rapportent que leur réseau myrMA est arrangé comme un hexamère de trimères avec un trou central, censé accueillir la queue C-terminale d’Env pour favoriser l’incorporation dans les virions. Leurs cristaux de myrMA leur ont permis d’observer le groupe myr attaché dans le réseau. Ils ont découvert que le groupe myr d’une sous-unité de myrMA s’insère dans la cavité hydrophobe de la sous-unité à travers le double axe, introduisant un « échange de myristoyle », et ils ont également signalé d’autres interactions moléculaires entre les trimères. Les chercheurs ont décrit des détails moléculaires supplémentaires qui aident à stabiliser l’hexamère du réseau trimère.

En menant des études de mutagenèse couplées à une technique de résonance magnétique nucléaire, ou RMN, les chercheurs ont fourni la preuve qu’une seule substitution d’acide aminé dans la matrice – Leucine-13 ou Leucine-31 à un acide glutamique – induisait un changement conformationnel de myrMA qui peut déstabiliser les interactions trimère-trimère au sein du réseau. Des études génétiques antérieures ont indiqué que la substitution de la leucine-13 ou de la leucine-31 a des effets néfastes sur l’incorporation d’Env.

Une autre découverte importante dans cette étude est la preuve d’un mécanisme de liaison membranaire alterné de Gag, qui est connu pour être médié par des interactions du domaine myrMA avec le phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate, ou PI(4,5)P2, un lipide exclusivement localisé sur le feuillet interne de la membrane plasmique. Les chercheurs de l’UAB ont montré que PI(4,5)P2 est capable de se lier à des sites alternatifs sur MA. Ceci est cohérent avec un nouveau mécanisme d’alternance de la liaison MA-membrane à PI(4,5)P2 lors de l’assemblage de la particule immature et lors de la maturation.

« En conclusion, nous avons fourni une vue atomique du réseau myrMA du VIH-1 qui a révélé des informations structurelles inestimables sur l’arrangement des sous-unités myrMA, les trimères, l’interface trimère-trimère, l’échange de myr, l’impact des mutations MA défectueuses de l’incorporation d’Env sur la structure de la myrMA et par conséquent la formation du réseau », a déclaré Saad. « Nos données ont également soutenu un mécanisme de liaison MA – PI (4,5) P2 alterné pendant l’assemblage et la maturation du virus. Ces découvertes ont comblé une lacune majeure dans notre compréhension des mécanismes de l’assemblage de Gag sur la membrane plasmique et de l’incorporation d’Env dans les particules virales. . »

Les co-auteurs avec Saad dans l’étude, « Vue atomique du réseau matriciel du VIH-1. Implications sur l’assemblage du virus et l’incorporation de l’enveloppe », sont Alexandra B. Samal et Todd J. Green, UAB Department of Microbiology, Marnix E. Heersink School de Médecine.