Mécanismes d'interaction de la protéine Tat du VIH-1 avec les membranes plasmique et endosomale

Mechanism of Tat HIV-1 interaction with plasma and endosomale membrane

• Auteur / Autrice : Hocine Yezid
• Direction : Bruno Beaumelle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et biologie moléculaire
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Montpellier 2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéine Tat

Thérapeutique

VIH (virus)

Mots clés libres

TAT du VIH-1

PIP2 membranaire

Sécrétion non-conventionnelle

Acidification endosomale

Translocation

Le sensor au pH acide

Résumé

La protéine transactivatrice Tat joue un rôle crucial dans la multiplication du VIH-1. Elle a un rôle établi dans la transcription virale. Elle possède de plus la propriété d'être sécrétée par les cellules infectées. Elle peut ensuite pénétrer par endocytose dans les cellules non-infectées, où elle va provoquer divers dysfonctionnements. Dans ce travail, nous avons mis en évidence que Tat est sécrétée directement à travers la membrane plasmique en utilisant un mécanisme de sécrétion non conventionnel. Nous avons montré que le phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate, PI(4,5)P2, est responsable du recrutement de Tat sur le feuillet interne de la membrane plasmique. En effet, Tat se fixe au PI(4,5)P2 avec une grande spécificité et une forte affinité. Cette interaction de stochiométrie 1:1 implique un triplet de résidus basiques de Tat (résidus 49-51). Elle est stabilisée par l'insertion membranaire de la chaîne latérale du Trp11. Ce mécanisme de fixation original restreint la fixation de Tat au PI(4,5)P2 membranaire mais permet aussi une très haute affinité. Celle-ci va permettre à Tat d'être sécrétée mais aussi de déplacer des protéines cellulaires du PI(4,5)P2. D'autre part, nous avons élucidé le mécanisme moléculaire permettant l'insertion de Tat dans la membrane endosomale. Elle est induite par le pH acide (pH~5. 3) de ces compartiments. Ce pH acide est détecté par un système "sensor" impliquant Tat-Glu2, résidu acide qui est relié par un pont salin avec un triplet d'Arg (55-57). La protonation de Glu2 rompt les ponts salins, permettant l'exposition du Trp11 et l'insertion membranaire de Tat, préalable à sa translocation vers le cytosol

The HIV-1 transactivating factor Tat, plays a critical role in HIV-1 pathogenesis. It is strictly required for viral transcription. It can also be secreted by infected cells. Once in the bloodstream, it can enter the cytosol of uninfected cells by endocytosis and dramatically affect their biological activity. Here, we provide evidence that Tat is directly secreted through the plasma membrane using an unconventional secretion pathway. We found that phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate, PI(4,5)P2, is responsible for Tat recruitment to the inner leaflet of the plasma membrane, thereby allowing its membrane insertion and translocation. We observed, using a variety of biophysical techniques, that Tat binds specifically and with a very high affinity to a single molecule of PI(4,5)P2. This interaction is mediated by a triplet of basic residues (residues 49-51), and is stabilized by the concomitant membrane insertion of the side chain of Tat-Trp11. This original mechanism restricts Tat binding to membrane embedded PI(4,5)P2, but also enables very tight binding. This high affinity allows Tat to be secreted and to displace cell proteinsƒnƒnfrom the plasma membrane. We also elucidate the molecular mechanism responsible for Tat insertion into the endosome membrane. This insertion is triggered by the low pH (pH ~5. 3) present within the endosome lumen. Acidic pH is detected by a sensor made of Glu2 and an Arg triplet (55-57) that are connected by a salt bridge. Glu2 protonation at low pH will destabilize the salt bridge, thereby allowing Trp11 exposure and enabling membrane penetration. This is the first step of the membrane translocation process that will allow Tat delivery to cytosol