Vaccinologie structurale anti-bunyavirus

Structural vaccinology applied to Hantaviruses

• Auteur / Autrice : Alexandra Serris
• Direction : Pablo Guardado-Calvo, Félix Rey
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Virologie
• Date : Soutenance le 21/12/2020
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Médicament, toxicologie, chimie, imageries (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pasteur (Paris). Virologie structurale (2019-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Leulliot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Leulliot, Yves Gaudin, Jean Dubuisson, Sylvie Van der Werf, Yvonne Jones, Nicole Tischler
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yves Gaudin, Jean Dubuisson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vaccins

Orthobunyavirus

Anticorps neutralisants

Glycoprotéines

Hantavirus

Mots clés libres

Hantavirus

Glycoprotéines virales

Anticorps neutralisants

Hantavirus

Viral glycoproteins

Neutralizing antibodies

Résumé

Les hantavirus, transmis par contact avec des rongeurs infectés, sont des virus émergents responsables de deux syndromes potentiellement mortels et pour lesquels il n'existe pas de traitement. Connaître l'organisation précise des glycoprotéines à la surface des virions ainsi que les bases moléculaires du mécanisme d'action des anticorps neutralisants est essentiel pour le développement de futurs vaccins et/ou traitements. A la surface des virions, les deux protéines d'enveloppe, Gn et Gc, s'associent en spikes tétramétriques, formant ainsi un maillage carré caractéristique. Ces glycoprotéines, qui sont les seules cibles des anticorps neutralisants, permettent l'entrée du virus dans les cellules cibles par endocytose après interaction avec un récepteur et contrôlent la fusion membranaire. Grâce à une approche combinant la cristallographie aux rayons X et des données issues de la microscopie électronique, nous avons pu obtenir la structure de l'hétérodimère Gn/Gc et construire un modèle de la surface antigénique des virions à une résolution atomique. En raison de l'important degré de conservation des glycoprotéines, nous supposons notre modèle applicable à l'ensemble des hantavirus. Nos résultats révèlent un mécanisme original par lequel Gn contrôle l'insertion de Gc dans la membrane-cible, empêchant ainsi toute fusion prématurée. Dans la deuxième partie du projet, nous avons étudié les structures cristallines de trois anticorps neutralisants humains en complexe avec les glycoprotéines virales. L'analyse de ces structures permet d'identifier des sites de vulnérabilité à la surface des virions et de comprendre le mécanisme de neutralisation de ces anticorps. De plus, nos résultats sont en faveur de l'existence d'un phénomène dynamique de « breathing » des spikes, similaire à celui décrit pour le virus de la dengue. Ces résultats pourront servir au développement de nouvelles stratégies vaccinales ainsi qu'à l'optimisation d'anticorps thérapeutiques.

Present worldwide, hantaviruses are rodent-borne emerging viruses associated with two life-threatening syndromes for which no specific treatment is available. To develop them and be ready for future outbreaks, it is essential to have a detailed picture of the virus organization and to understand the molecular mechanism of antibody neutralization, paving the way to develop innovative vaccines. At the surface of the viral particle, the envelope glycoproteins, Gn and Gc, associate in tetrameric spikes forming a characteristic square lattice. The glycoproteins, which are the sole targets of neutralizing antibodies, drive virus entry via receptor-mediated endocytosis and endosomal membrane fusion. Using a hybrid approach combining high resolution X-ray structures of the viral glycoproteins and low-resolution cryo-electron tomography data, we have obtained the structure of the heterodimer Gn/Gc and fitted it into a 11 Å resolution cET map of Tula hantavirus, thus producing an atomic model of the complete surface lattice. Given the high amino acid sequence similarity between the envelope glycoproteins, we expect our model to be valid for all hantaviruses. Our results reveal an in-built mechanism controlling Gc membrane-insertion for fusion, that has not been previously described for other viral fusion proteins. In a second part of the project, we studied the crystal structures of three of neutralizing human antibodies in complex with the viral glycoproteins. Analysis of these structures allowed us to identify vulnerability sites on the spike and provided key information to elucidate the neutralization mechanism of these antibodies. Furthermore, our data support the hypothesis of a "breathing" phenomenon, such as described for dengue virus, and suggest the existence of an original neutralization mechanism where an antibody could capture the spike in an open conformation. These results can be useful for the optimization of therapeutic antibodies and the rational design a pan-hantaviral vaccine.