Stabilité et fonctionnalité des glycoprotéines de l’enveloppe du VIH-1 recombinant CRF01_AE : rôle de l’histidine en position 375

Abstract

Les glycoprotéines d'enveloppe du virus de l'immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1) sont impliquées dans une étape importante du cycle de réplication, l’entrée virale. La liaison de la glycoprotéine gp120 à CD4 contribue à la fixation du virus à la cellule cible et déclenche des changements conformationnels dans celle-ci afin de permettre à la gp120 se lier au récepteur de chimiokine CCR5 ou CXCR4. Contrairement à tous les enveloppes du groupe phylogénétique M, qui possède une sérine à la position 375, ceux du clade CRF01_AE possèdent une histidine. Ce résidu fait partie d'une cavité "Phe43" dans laquelle le résidu 43 de CD4 fait contact avec la gp120. Ici, nous avons évalué les conséquences fonctionnelles du résidu 375 en le remplaçant par une serine dans deux enveloppes CRF01_AE (CM244 et 92TH023), la sérine étant présente dans tous les autres clades du groupe M. Nous avons observé que la réversion de l'acide aminé 375 vers une sérine entraine une perte de fonctions des deux Envs CRF-AE tel que mesuré par une perte de l'infectivité et leur capacité à médier la fusion cellule à cellule. Le phénotype observé était la conséquence d’une très faible interaction avec CD4, qui n’était pas le résultat d’une enveloppe défectueuse ou instable. Par conséquent, la modification de l’acide aminé en position 375 a aussi altéré la sensibilité de neutralisation du virus par sCD4, qui en était diminuée. De plus, on a observé que certaines mutations des couches topologiques du domaine interne de la gp120 ont permis un rétablissement partiel de la fonctionnalité en restaurant l’interaction avec CD4. Les niveaux d’infectivité et de fusion des mutants des couches topologiques se rapprochant des enveloppes sauvages de CRF01_AE suggèrent une coévolution entre la cavité phe43 et les résidus du domaine interne de la gp120. Une compréhension des différences qui existent entre les enveloppes de CRF01_AE et les enveloppes de virus du groupe M, permettra d’avoir une idée sur la fonctionnalité des glycoprotéines d'enveloppe. Il serait possible de mettre en évidence des mécanismes impliqués dans les changements conformationnels des Envs qui permettent l’évasion des anticorps dirigés contre elle. De plus, ces possibles différences dans les enveloppes de CRF01_AE pourraient être exploitées pour le développement des différentes approches vaccinales.

The envelope glycoproteins (Env) from human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) mediate viral entry. The binding of the HIV-1 gp120 glycoprotein to CD4 contributes to the attachment of the virus to the target cell and triggers conformational changes in gp120 that allow high-affinity binding to the chemokine receptor CCR5 ou CXCR4. Contrary to all other Envs from the same phylogenetic group M, which possess a serine at position 375, the majority of CRF01_AE strains possess a histidine. This residue is part of the “Phe43” cavity, where residue 43 of CD4 engages with the gp120. Here we evaluated the functional consequences of replacing this residue in two CRF01_AE Envs (CM244 and 92TH023) by a serine, present in all the other clades from group M. We observed that reversion of the 375 amino acid to a serine resulted in a loss of functionality of both CRF_AE Envs, as measured by a loss in infectivity and their ability to mediate cell-to-cell fusion. The observed phenotype was the result of a weak interaction with CD4, which was not due to defective processing or trimer stability of these Envs. Therefore, modification of the amino acid at position 375 has also altered the sensitivity of virus neutralization by sCD4, which was reduced. Importantly, mutation of certain residues of the gp120 inner domain layers were able to partially restore wild-type levels of infectivity and cell-to-cell fusion to both CRF01-AE H375S Envs, suggesting a co-evolution of the Phe43 cavity and the gp120 inner domain. An understanding of the differences between the CRF01_AE envelopes and envelopes from group M presenting a serine at position 375 will provide a better knowledge about the functionality of the envelope glycoproteins. Among other things, it would be possible to identify the mechanisms involved in conformational changes of glycoproteins as well as those involved in the escape of envelope recognition by Env specific antibodies. Moreover, these possible differences in CRF01_AE envelopes could be exploited for the development of different vaccine approaches.