La liaison de la protéine LEDGF augmente à la fois l’activité [211,289,290] et la solubilité [280] de l’IN du VIH-1. Ainsi la formation d’un complexe de haut poids moléculaire comprenant IN-LEDGF et 21 paires de bases de la région U5 du LTR de l’ADN viral a pu être résolue [290].
La structure en solution du domaine IBD de LEDGF déterminée en NMR (nuclear magnetic resonance) montre une conformation compacte formées de quatre hélices α reliées par des domaines connecteurs en forme d’épingle exposant des chaines hydrophobes [291]. Du point de vue viral, le domaine CCD de l’IN est le site majeur d’interaction avec LEDGF, mais le domaine NTD de l’IN présente un site d’interaction additionnel qui confère une plus grande affinité à cette interaction [273]. La structure de l’interface entre l’IN et LEDGF révélée par cristallographie a permis de déterminer les résidus de chaque partenaire impliqués dans l’interaction [289,292].
Figure 18 : interface entre IBD LEDGF et CCD IN.
Structure de l’interaction entre un dimère de domaines CCD de l’IN (vert et bleu) et du domaine IBD de LEDGF (rose). Certains résidus de chaque partenaire impliqués dans cette interaction sont indiqués. La triade catalytique DDE de l’IN est représentée en jaune et diffère du site de liaison à LEDGF. Adaptée de [293,294].
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L’interaction IN-LEDGF est définit comme une structure de stœchiométrie 1:2 c’est à dire qu’elle est définit par l’association d’une protéine de LEDGF à deux monomères d’IN. Le premier site d’interaction décrit contient deux boucles en épingle dans l’élongation de la structure en hélice du domaine IBD de LEDGF en contact avec l’interface d’un dimère CCD de l’IN sur un site différent de la triade catalytique DDE (figure 18).
Plus spécifiquement, le résidu Ile365 du domaine IBD LEDGF est en contact avec la poche hydrophobe d’IN formée des résidus Leu102, Ala128, Ala129, Trp132 du premier monomère CCD IN et des résidus Thr174 et Met178 du second monomère. Sur le domaine IBD LEDGF l’acide aminé Ile365 établie une liaison hydrogène avec le résidu Gln168 du domaine CCD IN. Alors que le résidu Asp366 de LEDGF forme deux liaisons hydrogènes avec les résidus Glu170 et His171 de l’IN [292]. La seconde boucle de l’IBD LEDGF contient les acides aminés Phe406 et Val408 qui interagissent avec les résidus Ala128 et Trp131 de l’interface du dimère CCD IN.
L’importance de ces différents résidus dans l’interaction IN-LEDGF a été vérifiée par des expérimentations de mutagénèse des deux partenaires. Par exemple, la mutation des résidus Ala128, Ala129, Trp131, Trp132, Gln168, Glu170 et Thr174 sur l’IN abolit sa capacité d’interaction avec LEDGF [189,236,291,292]. De la même manière, la substitution sur IBD LEDGF des résidus aminés Ile365, Asp366, Phe406 et Val408 diminue ou empêche l’interaction avec l’IN.
De manière intéressante, la mutation sur l’IN des résidus Val165, Arg166, Leu172 et Lys173 qui ne sont pas en liaison directe avec les résidus IBD LEDGF, affecte cependant la conformation du connecteur des hélices α4/5 ce qui perturbe la surface d’interaction IBD LEDGF-CCD IN [292].
Bien que le domaine CCD IN soit essentiel pour permettre l’interaction avec LEDGF, le domaine NTD est requis pour une liaison de haute affinité. En effet une mutation H12N dans ce domaine NTD, perturbant sa structure, empêche également l’interaction de LEDGF avec l’IN ainsi que le ciblage de l’intégration dans des régions transcriptionnellement actives [273]. Les résidus impliqués dans l’interaction IBD LEDF-NTD IN ont pu être identifiés grâce à la résolution de la structure de cette interface avec l’IN VIH-2 [289]. Dans ce contexte, les résidus Lys401, Lys402, Arg404 et Arg405 de l’IBD LEDGF sont opposés aux acides aminés Glu6, Glu10 et Glu13 sur le domaine NTD IN.
Bien que les complexes d’IN avec la protéine LEDGF entière ou seulement son domaine IBD soient considérablement plus solubles que les formes libres d’IN [286] la structure fonctionnelle complète IN-LEDGF-ADN n’a pas encore été résolue. Néanmoins Michel et
75 collaborateurs [290] ont montré que les complexes IN entière-LEDGF sont constitués d’un tétramère d’IN interagissant avec deux molécules de LEDGF, le complexe ainsi formé est d’une taille d’environ 250 kDa. Par ailleurs à l’aide d’expérience de cryo electron microscopy, Michel et al. ont pu élucider une structure trois dimensions à 10-14 Å de résolution D’autres études ont permis de mettre en évidence que la liaison de LEDGF induit la tétramerisation de l’IN in vitro [293,295] et que le cofacteur peut partiellement restaurer un défaut de multimérisation d’IN mutée dans son interface CCD-NTD [293]. De plus l’utilisation d’un peptide dérivé des boucles de l’IBD LEDGF est également capable d’induire la tétramérisation de l’IN in vitro [296]. Ces résultats suggèrent que la formation de l’interface entre IBD LEDGF-CCD IN pourrait augmenter la stabilisation du tétramère d’IN via la modification allostérique de l’interface CCD-NTD. En effet plusieurs études ont permis de mettre en évidence que malgré la nature hautement dynamique des sous-unités de l’intégrase, la fixation du cofacteur LEDGF stabilise fortement ces interactions et promeut la tétramérisation de l’IN lié à l’ADN viral in vitro [295,297]. Les interactions entre l’IN, l’ADN viral et LEDGF correspondant à la stabilisation du complexe sont représentées dans la figure 19.
Figure 19 : Modélisation des interactions entre IN, ADN viral et LEDGF.
Le tétramère d’IN formé de dimères de dimère (bleu, orange, violet, vert) lie l’ADN viral via ses sous unités internes. Le domaine IBD de LEDGF (gris) permet la stabilisation de ce complexe. Les sphères rouges représentent les pharmacophores utilisés dans cette expérimentation de FRET [297].
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Les inhibiteurs de l’intégrase
Son rôle essentiel dans la réplication virale du VIH-1 et l’absence de fonctions équivalentes dans les cellules humaines font de l’intégrase une cible de choix dans le développement de traitements antirétroviraux.
1. Les inhibiteurs catalytiques de l’IN (INSTIs)