Etude du mécanisme d'action des inhibiteurs de maturation sur le précurseur viral Gag du VIH

Study on the mechanism of HIV-1 maturation inhibitors on viral Gag precursor

• Auteur / Autrice : Xiaowei Chen
• Direction : Serge Bouaziz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie structurale
• Date : Soutenance le 25/09/2020
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Médicament, toxicologie, chimie, imageries (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Cibles thérapeutiques et conception de médicaments (Paris ; 2019-....)
• Jury : Président / Présidente : Christina Sizun
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christina Sizun, Nathalie Chazal, Benjamin Bardiaux, Jean-Christophe Paillart
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christina Sizun, Nathalie Chazal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéases du VIH

VIH (virus)

Résonance magnétique nucléaire

Mots clés libres

Vih-1

Gag

Maturation

Bvm

Ep39

Pf46396

Inhibiteur de maturation

Rmn

Dynamique des protéines

Hiv-1

Gag

Maturation

Bvm

Ep39

Pf46396

Maturation inhibitor

Nmr

Protein dynamics

Résumé

Le traitement du précurseur Gag du VIH-1 (MA-CA-SP1-NC-SP2-P6) par la protéase virale, après bourgeonnement de la particule virale, permet la maturation du virion, étape essentielle et ultime du cycle de réplication. Le clivage final se produit entre la capside (CA) et le peptide espaceur 1 (SP1). Le bevirimat (BVM), premier inhibiteur de maturation du VIH-1, bloque le clivage de la jonction CA-SP1 en se liant à cette jonction. Cependant, le mécanisme par lequel le BVM inhibe la maturation du VIH-1 n'est pas clair. Dans ce travail, la structure en solution d'un domaine muté de Gag contenant 157 acides aminés, CACTD(W184A, M185A)-SP1-NC, englobant le domaine C-terminal de CA, SP1 et la nucléocapside, a été déterminée par RMN en présence d'EP39, un dérivé découvert dans notre laboratoire, plus soluble que le BVM. Les propriétés structurales et dynamiques de la protéine en l'absence et en présence d'EP39 ont été caractérisées par des expériences de RMN de relaxation 15N. Les résultats montrent que la liaison de EP39 diminue la dynamique de la jonction CA-SP1, en particulier du motif QVT dans SP1 reconnu par EP39 et perturbe l'équilibre hélice-coil naturel aux deux extrémités du domaine SP1. Pour mieux comprendre le mécanisme d'action des inhibiteurs de maturation du VIH, nous avons étudié par RMN l'effet d'un autre molécule, PF46396, un composé Dérivé de la pyridone, bloquant le clivage entre CA et SP1 et inhibant la maturation. Les résultats montrent que, bien que EP39 et PF46396 soient différents par leur structure et que l'affinité de PF46396 pour la protéine soit inférieure à celle d'EP39, leur mode d'action par stabilisation du domaine SP1 en hélice est comparable. Nous pensons que l'interaction hydrophobe entre les inhibiteurs et le motif QVT de la jonction CA-SP1 est un déterminant majeur pour stabiliser la structure hélicoïdale de la jonction CA-SP1. Cet effet empêche l'accès de la protéase virale au site de clivage et finalement inhibe la maturation de la particule. Nos résultats fournissent de nouvelles informations sur la structure et la dynamique du domaine SP1 et suggèrent un mécanisme par lequel les inhibiteurs de maturation interfèrent avec le traitement final des particules virales. Ils ouvrent des voies de recherche nouvelles pour le développement de nouveaux inhibiteurs ciblant la maturation du VIH-1.

Treatment of the HIV-1 Gag precursor by the viral protease after release of the viral particle allows the virion to mature, an essential step in the replication cycle. The final cleavage occurs between the capsid (CA) and the spacer peptide 1 (SP1). The bevirimat (BVM), the first HIV-1 maturation inhibitor, blocks the cleavage of the CA-SP1 junction by binding to this junction. However, the mechanism by which BVM inhibits the maturation of HIV-1 is unclear. In this work, the solution structure of a mutated domain of Gag, CACTD(W184A, M185A)-SP1-NC encompassing the C-terminal of CA, SP1 and the nucleocapsid (157 amino acids) was determined by NMR in the presence of EP39, a derivative discovered in the laboratory, more soluble than BVM. The structural and dynamic properties of the protein in the absence and in the presence of EP39 were characterized by 15N relaxation NMR experiments. The results show that the binding of EP39 decreases the dynamics of the CA-SP1 junction, in particular the QVT motif in SP1, recognized first by EP39, and disturbs the natural coil-helix equilibrium on both ends of the SP1 domain. To better understand the mechanism of action of HIV maturation inhibitors, we studied by NMR the effect of another molecule, PF46396, a pyridone-based compound, blocking the cleavage between CA and SP1 and inhibiting the maturation. The results show that, although EP39 and PF46396 are structurally different and that the affinity of PF46396 for the protein is lower than that of EP39, they have the same effect in stabilizing the SP1 domain in helix. We believe that the hydrophobic interaction between the inhibitors and the CA-SP1 junction is a major determinant for stabilizing the helical structure of the CA-SP1 junction, which disrupts access of the viral protease to the cleavage site and ultimately inhibits the maturation of HIV-1 particle. Our results provide new information on the structure and dynamics of the SP1 domain and suggest a mechanism by which maturation inhibitors interfere with the final processing of HIV-1 particles. They offer additional clues for the development of new inhibitors targeting the maturation of HIV-1.