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Institut de Biologie StructuraleGrenoble / France

Contacts relatifs à cet article / NEUMANN Emmanuelle

Le cycle de vie des virus

Structure des bactériophages et cycle de vie

Membres de l’équipe impliqués : Maria Bacia, Grégory Effantin, Guy Schoehn
Collaborations : Cécile Breyton (IBS), Rob Lavigne (Belgique) ; Takashi Yamada (Japon)

Nous essayons de développer davantage nos études sur les phages. Nous collaborons déjà sur ce sujet avec l’équipe Structure et Stabilité de Protéines Membranaires Intégrales et Assemblages de Phages de l’IBS (Responsable C Breyton) pour disséquer l’infection d’E coli par le phage T5. Nous collaborons également avec des groupes à Paris, au Japon et en Belgique. La microscopie électronique est un outil particulièrement adapté à l’étude du cycle de vie des phages. Ce sujet nous permettra de faire pleinement usage des instruments et de l’expertise de l’équipe. La cryo-microscopie électronique classique couplée à l’analyse d’images et la tomographie de bactéries infectées par les phages sont employées pour traiter les différents aspects du cycle de vie du phage.

Publication  :
Effantin G , Hamasaki R , Kawasaki T , Bacia M , Moriscot C , Weissenhorn W , Yamada T , Schoehn G. (2013 ) . Cryo-electron microscopy three-dimensional structure of the jumbo phage ΦRSL1 infecting the phytopathogen Ralstonia solanacearum.. Structure 21 (2) :298-305.

La tête et la queue hélicoïdale de ce phage ont été résolues à résolution nanométrique. Ce résultat est, à notre connaissance, la structure avec la résolution la plus élevée disponible en 2013 pour une queue de phage. Il s’agit également de la plus haute résolution obtenue pour la plaque basale et la tête d’un phage jumbo. Ces structures 3D confirment également que les protéines structurales constituant le phage jumbo présentent le même repliement que celles d’autres phages (au moins pour la tête et la queue hélicoïdale).

Structure et cycle de vie du virus Foamy

Membres de l’équipe impliqués : Grégory Effantin, Léandro Estrozi, Guy Schoehn
Collaboration : Groupe EBEV IBS (Responsable Winfried Weissenhorn)

Les virus Foamy ou spumeux appartiennent à la famille des rétrovirus qui comprend notamment le virus du SIDA. Ils établissent des infections persistantes dans de nombreuses espèces animales (primates (dont l’homme), bovidés, chats, hamsters, et otaries) mais ne provoquent pas de maladies. De ce fait, ils sont considérés comme de potentiels vecteurs en thérapie génique. De manière à mieux comprendre leur structure, nous avons caractérisé le virus spumeux humain ou Prototype Foamy Virus (PFV) par cryo-microscopie et cryo-tyomographie électronique à l’aide du microscope électronique Polara et de sa caméra à détection directe d’électrons. La forme mature et infectieuse de PFV est de structure complexe et contient une nucléocapside en son centre ainsi qu’un dense réseau de glycoprotéines insérées dans la membrane virale. Ces dernières forment des trimères qui peuvent s’assembler en réseaux hexagonaux. La structure in situ de la glycoprotéine à 9 Å de résolution a permis la mise en évidence d’une partie s’arrangeant en superhélice (typique des protéines de fusion des rétrovirus de classe I) ainsi que de six hélices trans-membranaires, une caractéristique propre aux virus spumeux. Ces résultats permettent des avancées dans la compréhension du cycle de vie de PFV qui aideront dans le développement de ce dernier comme vecteur en thérapie génique.

Reconstruction 3D d’un assemblage hexagonal constitué de 6 trimères de la glycoprotéine de PFV obtenu par cryo-microscopie électronique. Ces derniers sont coloriés de manière alternée en rose et bleu, la membrane virale est beige.

Virus de la grippe

Membres de l’équipe impliqués : Guy Schoehn
Collaboration : Groupe Machines de Réplication Virale IBS (Rob Ruigrok, Thibaut Crépin)

Nous collaborons depuis de nombreuses années avec l’équipe du Pr Rob Ruigrok (IBS) pour disséquer du point de vue structural les différents composants du virus de la grippe. Nous nous intéressons en particulier à la polymérase et aux nucléoprotéines.

Publications :
Labaronne A, Swale C, Monod A, Schoehn G, Crépin T, Ruigrok RW. (2016). Binding of RNA by the Nucleoproteins of Influenza Viruses A and B. Viruses. 8(9). pii : E247.
Swale C, Monod A, Tengo L, Labaronne A, Garzoni F, Bourhis JM, Cusack S, Schoehn G, Berger I, Ruigrok RW, Crépin T. (2016). Structural characterization of recombinant IAV polymerase reveals a stable complex between viral PA-PB1 heterodimer and host RanBP5. Sci Rep. 6:24727.

Nucléocapside du virus de la rougeole

Membres de l’équipe impliqués : Grégory Effantin, Wai-Li Ling, Guy Schoehn
Collaboration : Equipe Gutsche Groupe MEM IBS ; Groupe Machines de Réplication Virale IBS (Rob Ruigrok) ; Groupe Flexibilité et Dynamique des Protéines par RMN IBS (M.Blackledge)

Le virus de la rougeole est un virus enveloppé à ARN simple brin de polarité négative. Cette information génétique est protégée par une nucléoprotéine et encapsidée au sein de la particule virale. La nucléoprotéine de ce virus a été exprimée dans des cellules d’insecte et lors de cette expression, les protéines se sont associées aux ARN cellulaires pour former des pseudo-nucléocapsides mimant celles du virus de la rougeole.
Ces nucléocapsides, rigidifiées par une coupure à la trypsine, ont été visualisées en cryo-microscopie électronique dans leur état natif après congélation dans de l’éthane liquide grâce au microscope Polara de l’IBS. Les images obtenues sur films photographiques ont été analysées en collaboration avec l’EMBL à Heidelberg, et ont permis de recalculer la structure tridimensionnelle de ces nucléocapsides jusqu’à une résolution inégalée de 4.3 Å (Gutsche et al., 2015). Cette résolution permet de tracer la chaine polypeptidique de cette protéine en s’aidant des structures tridimensionnelles connues d’autres nucléoprotéines (bronchiolite, Nipah). Au niveau mondial, ceci représente la première détermination de la structure d’une nucléocapside hélicoïdale d’un virus à ARN négatif avec une résolution quasi atomique. Il est à noter en effet que les autres structures de nucléoprotéines connues ont été déterminées par cristallographie aux rayons X mais dans une conformation annulaire différente de la structure adoptée au sein du virus. Il s’agit également de la plus haute résolution obtenue actuellement avec le microscope électronique Polara de Grenoble. Avec l’installation d’une caméra à détection directe d’électrons, les résolutions atteintes sur ce microscope devraient encore augmenter.
L’analyse de cette structure a permis de mieux comprendre le mode de fixation de la nucléoprotéine à l’ARN pour cette famille de virus avec 6 bases par nucléoprotéine contrairement à la nucléoprotéine du virus de la bronchiolite qui en fixe 7. La nucléoprotéine a une forme de mâchoire qui enserre et protège l’ARN. Grâce à cette structure, les chercheurs ont pu également visualiser les interactions entre les différentes nucléoprotéines au sein de la nucléocapside hélicoïdale. Ces interactions se font par échange de domaines plus que par des interactions latérales, ce qui permet à l’hélice de rester flexible, qualité indispensable pour permettre la transcription de l’information génétique. Cette structure pourra être utilisée pour concevoir de manière rationnelle de nouvelles drogues antivirales.
Récemment les groupes de Martin Blackledge et Rob Ruigrok ont élaboré une stratégie permettant d’insérer des ARNs de séquences définies dans les nucléocapsides (Milles et al., 2016). Cela permettra de mieux comprendre précisément comment l’ARN interagit avec la nucléoprotéine.


Reconstruction 3D à 4.3 A de résolution de la nucléocapside de la rougeole. L’ARN est représenté en vert.

Publications  :
Milles S, Jensen MR, Communie G, Maurin D, Schoehn G, Ruigrok RW, Blackledge M. (2016). Self-Assembly of Measles Virus Nucleocapsid-like Particles : Kinetics and RNA Sequence Dependence. Angew Chem Int Ed Engl. 2016 Aug 1 ;55(32):9356-60.
Gutsche I, Desfosses A, Effantin G, Ling WL, Haupt M, Ruigrok RW, Sachse C, Schoehn G. (2015).Structural virology. Near-atomic cryo-EM structure of the helical measles virus nucleocapsid. Science. 348(6235):704-7.