Structure de la glycoprotéine d'enveloppe du vih-1 en complexe avec de nouveaux anticorps neutralisants

Structure of the hiv-1 envelope glycoprotein in complex with novel broadly neutralising antibodies

• Auteur / Autrice : Borys Pedenko
• Direction : Winfried Weissenhorn
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Structurale et Nanobiologie
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 16/12/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie structurale (Grenoble, Isère, France ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Groupe entrée et bourgeonnement des virus enveloppés
• Jury : Président / Présidente : Pascal Poignard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Winfried Weissenhorn, Patrice Gouet, Aurélie Albertini, Hugo Mouquet, Craig Fenwick
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrice Gouet, Aurélie Albertini

Mots clés

Mots clés libres

Biologie structurale

Vaccine

Vih

Hiv

Vaccine

Structural biology

Résumé

Les anticorps sont des composants cruciaux de notre système immunitaire, inhibant efficacement les agents pathogènes en se liant à leurs antigènes de surface et en facilitant leur élimination. Certains anticorps, appelés anticorps neutralisants à large spectre (bNAbs), peuvent neutraliser un large spectre de virus circulants. Ces bNAbs ont été étudiés dans le cadre du développement d’un vaccin contre le VIH, mais jusqu'à présent, aucun vaccin n'a réussi à induire une réponse bNAb chez les animaux ou les humains. Les chercheurs recherchent activement des immunogènes dérivés de la protéine Env qui pourraient déclencher l'activité des bNAbs. Comprendre la structure des bNAbs liés au trimère d’Env est essentiel, car cela pourrait révéler l'immunogène capable d'induire la production de bNAbs chez les individus infectés par le VIH-1. Dans cette étude, nous utilisons des approches structurales pour caractériser trois nouveaux bNAbs : LN02-ML85, SHCS-3L6-C et SHCS-0380. Nous avons employé des techniques de biologie moléculaire et stratégies diverses de purification pour produire des complexes de glycoprotéine de l’enveloppe soluble avec ces anticorps. La cryo-microscopie électronique (cryo-EM) à particule unique a été utilisée pour reconstruire les structures de ces complexes, suivie d’une analyse computationnelle pour identifier les épitopes des anticorps et décrire les interactions clés entre Env et les anticorps. Les structures cryo-EM des complexes Env avec LN02-ML85, SHCS-3L6 et SHCS-0380 ont été résolues à des résolutions de 3,1, 2,9 et 3,3 Å, respectivement. LN02-ML85 et SHCS-0380 ciblent l’interface gp120-gp41, tandis que SHCS-3L6 cible le patch glycanique au sein du domaine V3. LN02-ML85 se lie par des interactions hydrophobes, neutralisant potentiellement le virus en déstabilisant les interactions inter-protomériques du trimère, conduisant à son désassemblage. SHCS-3L6 se lie au trimère en pénétrant avec sa chaîne lourde dans quatre glycannes liés aux positions N301, N332, N295 et N262, neutralisant potentiellement le virus par compétition allostérique avec le récepteur CD4. Ces structures fournissent des détails à résolution atomique sur la liaison des nouveaux bNAbs LN02-ML85, SHCS-3L6 et SHCS-0380, améliorant notre compréhension des anticorps neutralisant le VIH-1.

Antibodies are crucial components of our immune system, effectively inhibiting pathogens by binding to their surface antigens and aiding in their elimination. Some antibodies, known as broadly neutralizing antibodies (bNAbs), can neutralize a wide range of circulating viruses. These bNAbs have been explored in HIV vaccine development, but so far, no vaccine has successfully elicited a bNAb response in animals or humans. Researchers are actively searching for Env-derived immunogens that can trigger bNAb activity. Understanding the structure of bNAbs bound to the Env trimer is essential, as it might reveal the immunogen that induces bNAb production in HIV-1-infected individuals. In this study, we use structural approaches to characterize three novel bNAbs: LN02-ML85, SHCS-3L6, and SHCS-380. We employed molecular biology techniques and various purification strategies to produce complexes of soluble Envelope glycoprotein with these antibodies. Single-particle cryo-EM was utilized to reconstruct the structures of these complexes, followed by computational analysis to identify the antibody epitopes and describe key interactions between the Env and the antibodies. The cryo-EM structures of Env complexes with LN02-ML85, SHCS-3L6, and SHCS-0380 were resolved at resolutions of 3.1, 2.9, and 3.3 Å, respectively. LN02-ML85 and SHCS-0380 target the gp120-gp41 interface, while SHCS-3L6 targets the glycan patch proximal to V3-loop. LN02-ML85 binds through hydrophobic interactions, potentially neutralizing the virus by destabilizing interprotomer interactions of the trimer, leading to its disassembly. SHCS-3L6 binds the trimer by penetrating with its heavy chain into four glycans linked to positions N301, N332, N295, and N262, possibly neutralizing the virus by allosterically competing with the CD4 receptor. These structures provide atomic resolution details on the binding of the novel bNAbs LN02-ML85, SHCS-3L6, and SHCS-380, enhancing our understanding of antibodies neutralizing HIV-1.