a Les protéines de fusion de classe I

(i) Influenza HA, le prototype des glycoprotéines de fusion de classe I

La première structure cristalline d'un ectodomaine de glycoprotéine de fusion virale qui a été déterminée est celle de l'hémagglutinine (HA) du virus de la grippe, isolée par digestion limitée à la bromélaïne à partir de virions purifiés (Skehel et Wiley, 2000 ; Wilson et al.,1981). HA est synthétisée sous la forme HA0, une molécule précurseur clivée par une protéase cellulaire pour produire HA1, le domaine de liaison à l'acide sialique qui est le récepteur viral, et HA2, le domaine de fusion à ancrage membranaire (Stieneke-Grober et al., 1992). Le clivage de HA0 est nécessaire au changement de conformation fusogénique induit par un faible pH. Dans sa conformation pré-fusion, HA est un homotrimère, chaque protomère étant constitué d'une chaîne HA1 et d'une chaîne HA2 reliées par un seul pont disulfure. Dans la structure pré-fusion, la majeure partie de HA2 forme un trimère allongé composé de faisceaux d’hélices torsadées (coiled-coil) au sommet duquel HA1 est attaché. L'extrémité N-terminale de HA2, est très hydrophobe et constitue le peptide de fusion qui est enfoui à l'interface trimérique (Figure 22).

Après l’exposition à un faible pH, HA subit une transition structurale importante entraînant la perte de l’interaction entre HA1 et HA2 au sein des protomères et la dissociation de l'interface entre les sous-unités HA1 qui stabilisait la protéine dans sa conformation trimérique pré-fusion. Globalement, le changement de conformation entraîne essentiellement un changement de conformation de HA2, tandis que HA1 conserve sa structure tertiaire (Sauter et al., 1992). Pendant la transition structurale, une boucle de HA2 devient une hélice, ce qui augmente la longueur du faisceau d’hélices central à son extrémité N-terminale (Figure 22). Ce mouvement transfère le peptide de fusion vers le sommet de la protéine, où se trouve la membrane cible. La transition structurale est complétée par un déplacement de l'ancre membranaire C-terminale qui se replie vers l'extrémité N-terminale donnant une forme en épingle à cheveux à HA2 dans laquelle le segment transmembranaire et le peptide de fusion sont à proximité immédiate du même côté de la protéine, ce qui est attendu à la fin du processus de fusion lorsque les membranes virale et endosomale ont fusionné (Figure 22).

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Figure 22. Protéines de fusion de classe I.

A. Structures de l’hémagglutinine de la grippe (HA). Partie gauche : Représentation en ruban du trimère

et d’un protomère de HA sous conformation pré-fusion (Wilson et al., 1981). La sous-unité contenant le domaine de liaison à l'acide sialique (HA1) est colorée en gris et la sous-unité de fusion HA2 est colorée en bleu et en rouge. L'extrémité N-terminale de HA2 constitue le peptide de fusion hydrophobe (FP, coloré en magenta) qui est enfoui à l'interface trimérique dans cette conformation. Partie droite : Structure du trimère et du protomère HA2 dans la conformation post-fusion (Chen, Skehel, et Wiley, 1999). Les positions du domaine transmembranaire (TM) et du peptide de fusion (FP) sont indiquées sur le protomère post-fusion. Le segment HA2 qui se replie en une hélice est coloré en cyan dans les deux conformations.

B. Structure des trimères post-fusion de plusieurs protéines de fusion virales de classe I (Chen, Skehel, et

Wiley, 1999 ; Weissenhorn et al., 1997 ; Weissenhorn et al., 1998 ; Yin et al., 2006 ; Supekar et al., 2004 ; Zhang et al., 2019). Les vues de dessus et de côté des protéines de fusion de 6 virus différents sont présentées : Le faisceau des hélices torsadées N-terminales est coloré en cyan et le domaine C-terminal qui rejoint le domaine transmembranaire est en rouge. Dans toutes ces structures, la conformation du trimère en épingle à cheveux rapproche les extrémités N- et C-terminales (correspondant respectivement à la position du peptide de fusion et du domaine transmembranaire).

(ii) Caractéristiques communes aux protéines de fusion de classe I

Plusieurs glycoprotéines de fusion présentent des caractéristiques similaires à celles de HA. Ensemble, elles définissent la classe I des glycoprotéines de fusion. Outre HA, cette classe comprend les glycoprotéines de fusion de Paramyxoviridae (Baker, et al.,1999; Yin, et al., 2005, 2006) (par exemple le virus de la rougeole), des Pneumoviridae (par exemple le virus respiratoire syncytial- Jason et al., 2011-), des Retroviridae (par exemple le VIH, - Buzon et al., 2010; Weissenhorn, et al., 1997-), les Filoviridae (par exemple le virus Ebola - Weissenhorn, et al., 1998-), les Arenaviridae (par exemple le virus Lassa – Shulman et al, 2019-) et les Coronaviridae (Duquerroy, et al., 2005; Supekar et al., 2004; Xu et al., 2004) (par exemple le virus du MERS).

Les glycoprotéines de fusion de classe I sont trimériques dans leur conformation pré- et post- fusion. Elles ont un site de clivage interne. Ce clivage est nécessaire pour que la conformation pré-fusion puisse subir la transition structurale fusogénique en réponse à un stimulus déclencheur (bas pH ou interaction avec un récepteur). Le fragment C-terminal transmembranaire résultant du clivage est la sous-unité de fusion (correspondant à HA2 du virus Influenza) qui porte à son extrémité N-terminale ou proche de celle-ci, une région d'environ 15 acides aminés hydrophobes qui constitue le motif d'interaction membranaire.

49 Sous conformation pré-fusion, les sous-unités N-terminale et C-terminale restent liées par un pont disulfure (comme c’est le cas pour HA) ou par des interactions non covalentes (comme pour la protéine env du VIH). Le peptide de fusion est enfoui dans une interface protéine- protéine.

À l’état post-fusion, la sous-unité de fusion est repliée en un faisceau trimérique d’hélices torsadées, à l’extrémité N-terminale de laquelle se trouvent les trois peptides de fusion, à présent exposés au solvant, et dans les sillons duquel se trouvent, insérées de manière antiparallèles, les segments C-terminaux rejoignant le domaine transmembranaire. Dans cette conformation, la forme du protomère est donc une structure allongée en épingle à cheveux avec le peptide de fusion et le domaine transmembranaire situés à la même extrémité.

La signature des classe I est la présence de répétitions d’heptades dans la séquence d'acides aminés de la glycoprotéine. Ces heptades sont constituées d'un motif répété de sept acides aminés abcdefg où a et d sont des résidus hydrophobes. Une première région constituée de répétitions d’heptades contigües (nommée HRA ou HR1) est située immédiatement en aval du peptide de fusion et forme le faisceau trimérique central d’hélices torsadées. Il est souvent accompagné d'une seconde région (nommée HRB ou HR2) située dans la partie C-terminale de l'ectodomaine qui constitue les hélices positionnées dans le sillon du faisceau central.