Étude structurale de la protéine de capside du virus de l’immunodéficience féline à des fins thérapeutiques

Structural study of Feline Immunodeficiency Virus capsid protein for therapeutic purposes

• Auteur / Autrice : Mathieu Long
• Direction : Christophe Guillon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie structurale
• Date : Soutenance le 30/09/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Molecular Microbiology and Structural Biochemistry (Lyon ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Adriana-Erica Miele
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Guillon, Serena Bernacchi, Carine Tisné, Ewen Lescop, Gilles Rautureau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Serena Bernacchi, Carine Tisné

Mots clés

Mots clés contrôlés

Membrane cellulaire

Résonance magnétique nucléaire

Lentivirus

Médecine vétérinaire

Mots clés libres

Virus de l'immunodéficience féline

Cristallographie

Résonance magnétique nucléaire

Lentivirus

Capside

Modélisation moléculaire

Cible thérapeutique

Feline Immunodeficiency virus

Crystallography

Nuclear Magnetic Resonance

Lentivirus

Capsid

Molecular modeling

Therapeutic target

Résumé

Le virus de l’immunodéficience féline (Feline immunodeficiency virus, FIV) est un lentivirus, comme le virus de l’immunodéficience humaine. Il représente un enjeu de la médecine vétérinaire, aussi bien pour les animaux domestiques que sauvages. Il infecte entre 5 et 10 % des chats domestiques dans le monde, et l’ensemble des espèces félines est concerné par le FIV, dont les différents types sont chacun adaptés à une espèce hôte. L’infection au virus conduit à une immunodéficience similaire au syndrome d’immunodéficience acquise induite par le virus de l’immunodéficience humaine chez l’Homme. Il n’existe à ce jour aucun traitement efficace contre le FIV. Le FIV est constitué de structures supramoléculaires, protégeant son génome sous forme d’ARN génomique. La capside est une de ces structures et contient le génome viral. La capside protège le génome jusqu’à la réalisation de la rétrotranscription et participe à l’entrée du génome dans le noyau et à l’intégration du génome viral dans le génome cellulaire. La protection de l’ARN génomique avant la rétrotranscription prévient la détection de l’ARN viral par les protéines de restriction antivirale et sa dégradation. La capside virale est un assemblage d’une protéine sous-unitaire, la protéine de capside, CA ou p24, qui s’assemble en pentamères ou hexamères qui s’assemblent ultimement pour former la capside. La capside interagit avec de nombreux partenaires cellulaires. Ces interactions sont très bien décrites pour le VIH-1, l’espèce virale la plus étudiée du genre des lentivirus, mais sont moins bien caractérisées chez le FIV. Cette capacité à s’assembler de cette façon est requise au moment du bourgeonnement des virions à la membrane plasmique, et lors du réassemblage des sous-unités lors de la maturation du virion. La stabilité de la capside à l’intérieur de la cellule infectée a une ambivalence, entre la protection du génome viral, et la nécessité du désassemblage de la capside pour la libération du génome viral sous sa forme ADN. Ce double comportement montre en quoi la capside est une bonne cible thérapeutique. Perturber l’assemblage ou le stabiliser sont deux approches possibles pour interférer avec la capside et mettre au point des composés actifs contre l’infection au FIV. Pour le traitement du VIH-1, des composés interagissant avec la capside virale sont en cours d’essais cliniques. Dans le cadre d’une collaboration avec une équipe Uruguayenne , nous avons identifié une molécule interférant avec l’assemblage de la capside du FIV in vitro. Nous avons mis en évidence une fixation spécifique de la molécule sur FIV p24, sous sa forme monomérique. Nous avons mesuré l’affinité du composé pour FIV p24 et caractérisé son site de fixation. Pour la caractérisation de ce site de fixation, nous avons choisi d’utiliser la RMN et pour cela, nous avions besoin de l’attribution RMN de la protéine qui n’avait pas été faite préalablement, que nous avons ainsi réalisée. Nous avons montré que le mécanisme de fixation de notre composé est similaire à celui des traitements en cours d’essais cliniques contre VIH-1 p24. Ces molécules agissent par une compétition pour la fixation sur VIH 1 p24 avec des protéines cellulaires interagissant avec la capside du VIH-1, telles les nucléoporines, et cette compétition inhiberait l’entrée du génome viral dans le noyau. Avec ces données décrites chez le VIH-1 et nos résultats expérimentaux sur la capside du FIV, nous avons cherché si les nucléoporines félines, homologues aux nucléoporines humaines se liant à la capside du VIH-1, pouvaient se lier à la capside du FIV et avons montré une affinité de ces nucléoporines pour FIV p24. Cela soutient l’idée d’un mécanisme commun d’entrée des lentivirus dans le noyau des cellules infectées via leur capside. À terme, le criblage de molécules dérivées de notre molécule guide pourrait permettre l’identification de composés efficaces et peu chers à produire pour la médecine vétérinaire.

Feline Immunodeficiency Virus (FIV) is a lentivirus such as Human Immunodeficiency Virus. This virus is a threat for veterinary medicine, and it infects wild and domestic feline species. Between 5 and 10 % of domestic cats are infected worldwide and all feline species are concerned by FIV, each type of FIV adapted to a host species. Infection by FIV leads to an immune deficiency similar to acquired immunodeficiency syndrome induced by HIV among human beings. There is currently no efficient drug against FIV. FIV virion is constituted by supramolecular structures which protect its genome, composed of a dimer of genomic RNA. The capsid is one of these structures and it contains and protects the genome. Reverse transcription occurs inside the capsid and the capsid helps integrate the viral genome into the cellular genome. The capsid protects the genomic RNA from degradation and viral RNA sensing by the antiviral restriction proteins. The viral capsid is an assembly of the capsid protein subunit, CA or p24. This protein assembles as pentamers or hexamers, which finally assemble to form the capsid. It interacts with other cellular partners. These interactions are well described for HIV-1, the most studied species of the lentivirus genus, but little is known for FIV. This ability to assemble helps for the budding of the virions at the plasma membrane and for the formation of supramolecular structures during maturation of the virion. The capsid stability inside the infected cell has a dual behavior, between the protection of the viral genome and its uncoating for the liberation of the genome after reverse transcription. These two behaviors show that capsid is a good therapeutic target. Inhibiting the capsid assembly or its uncoating are two approaches to interfere with the capsid and design drugs against FIV. Compounds which interact with the HIV-1 capsid are currently under clinical trials. As part of a collaboration with a Uruguayan research team, we identified a molecule which interferes with the FIV capsid assembly in vitro. We identified a specific binding of the compound on FIV p24, under its monomeric form. We measured the binding affinity and characterized the binding site of the compound. For the chacracterization of the binding site, we opted for the use of NMR and to do so, we needed the NMR assignment of the protein. Tis assignment had not been done previously and we performed it. We showed that the binding mechanism is similar as the drugs targeting HIV-1 p24 currently under clinical trials. These compounds exhibit a competition for the binding on FIV p24 with cellular proteins interacting with HIV-1 capsid, such as the nucleoporins. This competition could inhibit the entry of the viral genome into the nucleus. Considering these data on HIV-1 and our own experimental results on FIV capsid, we testes if the feline nucleoporins, homologous to the human nucleoporins binding HIV-1 capsid, could bind the FIV capsid and we characterized a binding of these feline nucleoporins on FIV p24. This suggests a mechanism shared among the lentiviruses for the entry into the nucleus through their capsid. This work represents the first steps for the identification of efficient and at low costs of synthesis drugs from screenings of derivatives of our structural guide, for the needs of veterinary medicine.