Etude de la fusion membranaire induite par la glycoprotéine des rhabdovirus – FuMeRha

La fusion membranaire est un processus fondamental de la vie qui est catalysé par des protéines spécifiques. En dépit de la diversité des machineries formées par ces protéines, les réactions de fusion partagent de nombreux points communs et semblent procéder par la formation des mêmes intermédiaires lipidiques. Les virus enveloppés libèrent leur génome dans la cellule par fusion de leur enveloppe avec une membrane cellulaire. Les glycoprotéines fusogènes virales constituent les machineries de fusion les mieux caractérisées. Sous l'effet de stimuli spécifiques (abaissement du pH, reconnaissance de récepteurs), ces glycoprotéines subissent des changements de conformation importants les conduisant à exposer des peptides ou des boucles de fusion hydrophobes qui sont alors en mesure d'interagir avec la membrane cible et la déstabiliser. Néanmoins, si on connaît les structures atomiques pré- et post-fusion d'un petit nombre de glycoprotéines de fusion virale ainsi que la nature des intermédiaires lipidiques formés au cours du processus, la façon dont ces glycoprotéines coopèrent entre elles et interagissent avec la membrane pour la déformer n'est pas connue à ce jour. L'objectif de ce projet est la caractérisation de ces mécanismes en utilisant le virus de la stomatite vésiculeuse (VSV) et sa glycoprotéine fusogène comme un système modèle. Pour ce virus, la fusion est déclenchée durant l'acidification de l'endosome. Nous avons récemment déterminé la structure atomique pré-fusion (à haut pH) et post-fusion (à bas pH) de l'ectodomaine de G obtenu sous forme soluble par protéolyse. Ces structures, bien que différentes de celles des autres protéines fusogènes connues, révèlent des similarités avec les protéines de fusion dites de classe I et II. Ainsi, la transition structurale de G procède par les mêmes étapes que les protéines de fusion de classe I et l'organisation des boucles de fusion rappelle celle des protéines de classe II. Ces similarités renforcent le caractère de modèle de G. Notre projet, qui regroupe trois équipes de biologie structurale et un groupe de virologistes, comprend quatre axes principaux. 1) Tout d'abord nous analyserons l'interaction entre les boucles de fusion de G et la membrane. Nous voulons déterminer la profondeur d'insertion de ces boucles dans la bicouche lipidique et l'effet de cette insertion sur l'organisation des lipides. Cette étude sera menée par deux approches complémentaires. (i) Nous avons récemment obtenu des cristaux très particuliers de l'ectodomaine de G en présence de détergent. Dans ces cristaux, nous avons montré que les boucles de fusion interagissent avec du détergent dont l'organisation pourrait mimer une bicouche lipidique. Nous nous proposons de déterminer cette organisation. (ii) A bas pH, l'ectodomaine de G s'insére dans des liposomes, via ses boucles de fusion, pour former des tubes protéolipidiques. L'organisation de G à la surface de ces tubes semble suivre une symétrie hélicoïdale. Nous déterminerons la structure de ces tubes par cryo-microscopie électronique. Nous espérons avoir une résolution suffisante pour visualiser la bicouche et donc déterminer la profondeur d'insertion de G et d'éventuelles déformations qui en résulteraient. 2) Nous souhaitons caractériser les états intermédiaires de G durant la transition structurale. Nos études biophysiques préliminaires ont indiqué qu'alors que nos structures cristallographiques sont trimériques, la structure de l'ectodomaine de G en solution est un monomére dont la structure est distincte de celle des protomères constituant les formes cristallines. Ce monomère pourrait correspondre à un état intermédiaire ou à une population d'intermédiaires en équilibre. La structure de l'ectodomaine en solution sera analysée par diffusion centrale des rayons X (SAXS). 3) Nous comptons aussi visualiser des évènements de fusion entre les rhabdovirus et des liposomes par cryo-microscopie électronique. Parallèlement, nous tenterons d'analyser l'organis