Structural and functional basis of the Glycoprotein of Stomatitis Vesicular Virus and Lyssaviruses
Etude fonctionnelle et structurale de la glycoprotéine du virus de la Stomatite Vésiculaire et des Lyssavirus
Résumé
Vesicular stomatitis virus (VSV), an enveloped virus, is the prototype species of the genus Vesiculovirus within the family Rhabdoviridae. Its G glycoprotein is responsible for receptor recognition, on the host cell surface, that triggers clathrin-mediated endocytosis of VSV. Then, within the acidic environment of the endosome, VSV G undergoes a fusogenic conformational change from the pre-fusion form of G to its post-fusion form, leading the fusion of both membranes. G is also the target of virus-neutralizing antibodies. Both structures of the pre- and post-fusion forms of the soluble ectodomain of G (i.e. without its transmembrane part) were determined by radiocrystallography. These structures established G as the prototype of class III fusion glycoproteins. However, the organization of the carboxyterminal part of the ectodomain and the transmembrane domain of G, which play an important role during the fusion process, remains unknown. Therefore, we carried out a cryo-electron microscopy study on the complete glycoprotein, directly purified from viral particles, alone or in complex with a monoclonal antibody. This study led to complete the structures of the ectodomain in its pre- and post-fusion conformations. It also revealed that the transmembrane domains are mobile within the membrane. We have also solved two structures of G in complex with a FAb derived from a neutralizing antibody, recognizing both pre- and post-fusion forms of G from several strains of Vesiculovirus. Based on these first structures of a complex between G and an antibody, we could characterize the epitope, identify the key G residues in the interaction and propose a neutralization mechanism. This work significantly increases our knowledge of the structure of G, which is the most widely used glycoprotein in biotechnology for cargo delivery and in gene therapy (by lentivirus pseudotyping).We also initiated a study aimed at characterizing the glycoproteins of Lyssaviruses, a genus also part of the Rhabdoviridae family, and for which rabies virus is the prototype. We produced and purified the ectodomains of several Lyssaviruses, and we were able to obtain a crystallographic structure of the ectodomain of Ikoma virus (IKOV G), which corresponds to a late monomeric intermediate. Several approaches are underway to further characterize this structure. We also carried out a phage display selection of alphaReps directed against IKOV G. Alphareps are artificial proteins binders consisting of helical repeats. 6 out of 11 alphareps are able to bind IKOVG. Complexes of IKOV G with alphareps are currently being characterized. We plan to i) use these tools as crystallization helpers to trap different conformations of G in crystallography or cryo-EM ii) evaluate the potential antiviral activity of these alphareps.
Le virus de la stomatite vésiculaire (VSV) est un virus enveloppé appartenant au genre Vésiculovirus et à la famille des Rhabdoviridae. Son unique glycoprotéine G reconnait un récepteur à la surface de la cellule hôte puis, après endocytose du virion, déclenche la fusion membranaire grâce à une transition structurale induite à faible pH depuis la forme pré-fusion de G vers sa forme post-fusion. Par ailleurs, G est la cible des anticorps neutralisant le virus. Les structures cristallographiques des formes pré- et post-fusion de l'ectodomaine soluble de G (i.e. sans sa partie transmembranaire) ont été déterminées par radiocristallographie. Ces structures ont installé G comme étant le prototype des glycoprotéines de fusion de classe III. L'organisation de l'extrémité carboxyterminale de l'ectodomaine et du domaine transmembranaire de G, qui jouent un rôle important durant le processus de fusion, n'est cependant pas connue. Nous avons donc réalisé une étude par cryo-microscopie électronique sur la glycoprotéine complète, purifiée à partir de particules virales, seule ou en complexe avec un anticorps monoclonal. Cette étude nous a permis de compléter les structures de l'ectodomaine dans ses conformations pré et post-fusion. Elle suggère que les domaines transmembranaires sont mobiles au sein de la membrane. Par ailleurs, nous avons résolu deux structures de G en complexe avec un FAb dérivé d'un anticorps neutralisant, reconnaissant à la fois les formes pré- et post-fusion de plusieurs souches de Vésiculovirus. Cette première structure d'un complexe entre G et un anticorps nous a permis de caractériser finement l'épitope, d'identifier les résidus de G clefs dans l'interaction et de proposer un mécanisme de neutralisation. Ce travail augmente de façon significative nos connaissances sur la structure de G qui est la glycoprotéine la plus utilisée en biotechnologie pour délivrer un cargo et en thérapie génique pour le pseudotypage de vecteurs lentiviraux. Nous avons également débuté une étude visant à caractériser les glycoprotéines des Lyssavirus, genre appartenant également à la famille des Rhabdoviridae, et dont le virus de la rage est le prototype. Nous avons produit et purifié les ectodomaines de plusieurs Lyssavirus, et nous avons pu obtenir une structure cristallographique de l'ectodomaine du virus Ikoma (IKOV G) qui correspondrait à un intermédiaire monomérique tardif. Afin de poursuivre le travail de caractérisation de cette structure, plusieurs approches sont en cours. Nous avons notamment réalisé une sélection par phage display de ligands alphaReps dirigés contre IKOV G. Les alphareps sont des protéines artificielles constituées par des répétitions hélicoïdales. 6 des 11 alphareps sélectionnées sont capables de lier IKOV G. La caractérisation des complexes IKOV G est en cours. Nous envisageons i) d'utiliser ces alphareps pour piéger des conformations différentes de G que celle obtenues pour en obtenir la structure par cristallographie ou cryo-EM ii) tester l'activité antivirale des apharep sélectionnées.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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