CE11 - Caractérisation des structures et relations structure-fonctions des macromolécules biologiques

Mécanisme d’interaction des adenovirus du sous-groupe B2 à la cadhérine desmosomale DSG2 et ses applications – Ad-Cadh

Mécanisme d'interaction de l'adénovirus du sous-groupe B2 avec la cadhérine desmosomale DSG2 et applications

Dans cette ANR, nous adressons trois ‘work-packages’ majeurs consistant en (i) la cartographie biochimique et biophysique des domaines d’interaction entre les virus et leur récepteur, (ii) la résolution de la structure atomique du complexe qu’ils forment par cryo-EM et cristallographie aux rayons X et (iii) l’étude de leur bio-distribution chez la souris après modifications ou non du tropisme naturel.

Enjeux et Objectifs

L’étude des adénovirus du sous-groupe B2 est intéressante à deux points de vue. Ils sont, d’une part, responsables d’infections respiratoires parfois fatales nécessitant une surveillance épidémiologique et, d’autre part, ils sont utilisés comme vecteurs oncolytiques dans des essais cliniques de phase II. La découverte du récepteur desmogléine-2 que nous avons faite avec le Pr Lieber (Seattle) a ouvert la voie à la compréhension de leur tropisme et de leur virulence.

Expression et purification de protéines
Biochimie
Mesure d'interaction (SPR, BLI)
Biophysique
SEC-MALLS
Ultracentrifugation analytique AUC
Cristallographie aux rayons X
Cryo-elecron-microscopy
Validation in-vivo

Un résultat majeur à ce stade de la réalisation de notre ANR est la découverte d’un mécanisme non-classique d’interaction des adénovirus du sous-groupe B (i.e. Ad3) avec son récepteur la desmogléine 2 (DSG2). En effet, la protéine trimérique ‘fibre’ des autres adénovirus a toujours été rapportée pour pouvoir interagir avec trois molécules réceptrices (i.e. Ad12/CAR(3X) ou Ad11/CD46(3X)). Or, la fibre de l’Ad3 interagit étonnamment avec une seule ou dans une moindre mesure deux molécules de DSG2 (Ad3/DSG2 (1X) ou Ad3/DSG2(2X)).
Le complexe ainsi formé est très petit (96kDa) mais a cependant été résolu par cryo-EM grâce à l’utilisation du microscope Krios de l’ESRF équipé d’un ‘phase plate’. Il s’agit d’un des plus petits complexes non-symétriques résolus à ce jour par cette technique.
Cette prouesse technologique alliée à un résultat non-attendu sur des virus étant utilisés comme vecteur oncolytiques a fait l’objet d’une publication dans une revue de haut niveau (Nature Communications 2019) et a fait l’objet de nombreuses communications de presse nationale ou européenne. (CNRS-INSB; Défis du CEA (Adénovirus le 3 en 1 contre les tumeurs); PSB Highlights (Adenovirus binding to its receptor visualized by Cryo-EM); Instruct (Optimised cancer therapy, one step closer thanks to Cryo-EM); ESRF…).

Réalisation des tâches 8, 9 et 10 (création des vecteurs, modification du tropisme des vecteurs, étude de la biodistribution.

1. Stermann et al., Nature Communications 2019.
doi.org/10.1038/s41467-019-09220-y

2. Stermann et al., Acta Cryst 2019.
doi.org/10.1107/S2053230X19015784

3. Hograindleur et al., Viruses. 2020.
doi.org/10.3390/v12101075

Contexte :
Les adénovirus (Ads) sont une famille de virus à ADN double brin linéaire non enveloppés infectant un large spectre d'hôtes, y compris les humains. Chez l'homme, les 60 sérotypes sont répartis en sept sous-groupes (A à G). Le premier récepteur d'adénovirus identifié, appelé CAR, a été identifié en 1997 et interagit avec une protéine allongée située aux douze sommets de la capside : la fibre. Ce récepteur est reconnu par tous les sous-groupes à l’exception des adénovirus du sous-groupe B (B-Ad) qui interagissent soit avec CD46 (B1-Ads) soit avec la desmogléine 2 : DSG2 (B2-Ads) que nous avons identifiés en 2011. Jusqu'à récemment, la plupart des vecteurs Ad utilisés dans les études précliniques et cliniques dérivaient du sérotype 5 (sous-groupe C). Cependant, les chercheurs se sont intéressés à de nouveaux sérotypes, et particulièrement à ceux appartenant au sous-groupe B, en raison de leur tropisme différent et de leur capacité à échapper à l'immunité préexistante du sérotype 5. L'utilisation de tels vecteurs nécessite une meilleure compréhension de leur biologie. En collaboration avec le professeur André Lieber (Seattle, États-Unis), notre équipe a déjà rapporté que le tropisme des B2-Ad (Ad3, Ad7, Ad11 et Ad14) est principalement dicté par leur interaction avec la DSG2, un composant des desmosomes. Cependant, alors que plusieurs études ont publié des informations concernant l'interaction CD46/B1-Ads, aucune information structurale sur l'interaction DSG2/B2-Ads n'est disponible, ce qui limite le développement de vecteurs dérivés de ce sous-groupe.

Pertinence :
La caractérisation biophysique et la résolution de la structure à haute résolution d’un nouveau couple virus/récepteur se révèle souvent difficile mais les résultats fournissent de précieuses informations sur la façon avec laquelle ce virus est capable de cibler et d'interagir spécifiquement avec les cellules hôtes. Les données fondamentales que nous allons générer sur l'interaction B2-Ad / DSG2 fourniront non seulement une base pour la compréhension des interactions virus-récepteurs, mais faciliteront également la conception de nouvelles générations d'adénovirus oncolytiques. De plus, l'équipe de Pr Lieber a montré dans un travail en collaboration avec notre équipe que les B2-Ads peuvent agir comme des ‘ouvreurs de jonctions cellulaires’ et peuvent servir ainsi d’adjuvants pour des agents chimiothérapeutiques et des anticorps monoclonaux (MAbs) déjà approuvés chez l'homme. La résolution de la structure de l'interaction B2-Ad/DSG2 permettra une meilleure compréhension du mode d'action de l'ouverture de ces jonctions et permettra la conception de nouveaux adjuvants thérapeutiques. Ce projet vise à rapprocher la recherche fondamentale en virologie de la recherche appliquée en vectorologie.

Méthodologie
Notre plan de recherche est divisé en trois étapes principales:
1 / Expression et purification de différentes constructions de l’ectodomaine de la DSG2 par deux moyens d'expression (mammifère et procaryote) et leur criblage pour la liaison avec les fibres des ‘B2-Ad’ par résonance plasmonique de surface (SPR) afin de déterminer le domaine DSG2 minimal requis pour la liaison Ad (DSG2min)
2 / Co-cristallisation et imagerie Cryo-EM du complexe entre les fibres ‘B2-Ad’ et la DSG2min pour identifier au niveau atomique quels sont les résidus des deux partenaires squi ont critiques dans l'interaction
3 / Conception de mutations dans la liaison Ad-fibre abrogeant ou augmentant le tropisme pour la DSG2; caractérisation in vitro de vecteurs adénoviraux présentant ces mutations et leur impact sur la biodistribution in vivo chez des souris transgéniques exprimant la DSG2 humaine (hDSG2).

Coordination du projet

Pascal FENDER (Institut de Biologie Structurale)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IBS Institut de Biologie Structurale
Vectorologie et thérapeutiques anticancéreuses Unité de recherche

Aide de l'ANR 302 835 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2018 - 36 Mois

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