Self-assembly and disassembly dynamical phenomena in icosahedral viruses
Phénomènes dynamiques d’auto-assemblage et de désassemblage dans des virus icosaédriques.
Résumé
The self-assembly and disassembly of virus capsids, critical stages of the viral cycle, is a subject that arouses a lot of interest. However, the underlying mechanisms and, in particular, the kinetic pathways of assembly and disassembly, whether the capsid is empty or full, are not entirely solved. Time-resolved small-angle X-ray scattering is a technique for tracking processes involving nano-sized species with a time resolution of the millisecond order. Combined with the singular value decomposition, a modelindependent method of analysis, the technique allows the investigation of the kinetics of capsid selfassembly and disassembly. In addition, the fluorescence thermal shift assays, coupled with a theoretical mean-field model, makes it possible to experimentally estimate the interaction energies between the proteins as well as their effective charge. Thus, in the case of the cowpea chlorotic mottle virus (CCMV), we have studied the self-assembly dynamics of capsid proteins with their genetic material. The experiments revealed the formation of amorphous complexes via a kinetic pathway called en masse whereas their relaxation into virions occurs via a socalled synchronous kinetic path. The binding energies of proteins with the genome showed to be moderate, while the energetic barrier separating the complexes of virions is high. The experiments performed with a synthetic polyelectrolyte showed that this barrier could be lowered, so that full capsids form under conditions where virions cannot. In the case of the hepatitis B virus (HBV), we studied the self-assembly and disassembly dynamics of empty capsids. First, we were able to identify a probable disassembly kinetic path with the presence of an intermediate species organised like a fractal-branched structure. Finally, the assembly experiments revealed a kinetic pathway in three phases, i.e. agglomeration, growth and relaxation, directed by hydrophobic attraction and modulated by electrostatic repulsion. Due to the low effective charge of the protein, the last phase could be inhibited by raising the salinity, thus trapping the capsids in a conformation containing defects.
L’auto-assemblage et le désassemblage de la capside des virus, étapes critiques du cycle viral, est un sujet qui suscite beaucoup d’intérêt. Cependant, les mécanismes sous-jacents et, en particulier, les chemins dynamique d’assemblage et de désassemblage des capsides, vides ou pleines, des virus ne sont pas entièrement résolues. La diffusion des rayons X aux petits angles résolue en temps, combinée à la décomposition en valeur singulière, est une technique qui permet d’étudier des processus impliquant des espèces de taille nanométrique avec une résolution temporelle de l’ordre de la milliseconde. La technique de criblage de thermo-stabilité des protéines par fluorescence, couplée à un modèle théorique de champ moyen, permet d’estimer expérimentalement les énergies d’interactions entre les protéines et la charge effective de celles-ci. Dans le cas du virus de la marbrure chlorotique de la cornille, ces techniques nous ont permis d’étudier la dynamique d’autoassemblage des protéines des capsides autour de leur formation de complexes amorphes via un chemin cinétique appelé en masse tandis que leur relaxation en virions s’effectue via un chemin cinétique dit synchrone. Les énergies de liaison des protéines avec le génome se sont révélées modérées tandis qu’une barrière d’énergie élevée sépare les complexes des virions. Des expériences complémentaires ont également montré que cette barrière pouvait être abaissée, de sorte que des capsides pleines se forment directement. Dans le cas du virus de l’hépatite B, nous avons étudié les dynamiques d’assemblage et de désassemblage des capsides vides. Nous avons pu identifier un chemin cinétique probable de désassemblage avec la présence d’une espèce intermédiaire assimilable à une structure fractale-branchée. Les expériences d’assemblage ont révélé un chemin cinétique en trois phases, i.e. agglomération, croissance et relaxation, dirigé par l’attraction hydrophobe et modulé par la répulsion électrostatique. De plus, certaines expériences ont également montré que la dernière phase pouvait être facilement inhibée.
Origine : Version validée par le jury (STAR)