Figure 14 : les différents domaines fonctionnels de l'IN du VIH-1.
L’IN contient trois domaines structurels conservés chez tous les rétrovirus reliés par des régions flexibles plus variables. Le domaine NTD (en bleu) avec un motif HHCC fixant le zinc, le domaine CCD (en vert) contenant la triade catalytique DDE (marquée ici en rouge) et le domaine CTD (en jaune) arborant une structure de type SH3. Adaptée à partir de [189,190].
59 L’intégrase du VIH-1 est une protéine de 32 kDa composée de 288 acides aminés codée par le gène pol. Elle est libérée dans les particules virales lors de la maturation de la région C- term du précurseur polypeptidique Pr160gag-pol par la protéase virale. Il s’agit d’une protéine très conservée entre les différentes espèces de rétrovirus. L’IN du VIH-1 est constituée de trois domaines distincts : le domaine N-terminal (NTD), le core catalytique (CCD) et le domaine C-terminal (CTD) représentés dans la figure 14.
La structure de ces trois domaines indépendants et isolés a été caractérisée sur l’IN de plusieurs rétrovirus par cristallographie aux rayons X ainsi que spectroscopie à résonance magnétiques [150]. Cependant à ce jour aucune structure en trois dimensions de l’intégrase entière n’a pu être résolue.
a) Le domaine NTD
Le domaine N-terminal (NTD) est composé des résidus de 1 à 49 de l’IN. Le NTD possède une conformation constituée de trois hélices a stabilisées par la fixation d’une molécule de zinc (Zn2+) au cœur de sa structure. Ce domaine contient un motif conservé chez les rétrovirus et les transposons de type HHCC (composé des acides aminés His12, His16, Cys40
et Cys43) permettant la fixation de l’ion métallique Zn2+ [191]. Souvent assimilé à un domaine
en doigt de zinc, le NTD possède une structure plus proche d’un domaine hélice-tour-hélice de liaison à l’ADN [192]. La liaison de Zn2+ sur ce motif HHCC favorise l’oligomérisation de l’IN en dimères ou en tétramères [193].
En plus de sa capacité à induire la multimérisation fonctionnelle de l’IN, le domaine NTD a été décrit comme jouant un rôle dans la fixation de l’IN à l’ADN [194]. En outre, certaines études ont suggéré l’implication du domaine NTD dans l’étape de transcription inverse car l’altération par mutagénèse dirigée de cette structure est corrélée à une diminution de la quantité d’ADN viral rétrotranscrit [195].
Pour d’autres Retroviridae, les spumavirus, les ε- et γ-retrovirus, la protéine IN arbore un motif supplémentaire en amont du NTD. Il s’agit d’une région constitué d’environ 40 acides aminés nommé domaine d’extension au NTD (NED) [154,196].
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b) Le domaine CCD
Le domaine contenant le core catalytique (CCD) correspondant aux résidus 50 à 212 de l’IN contient le site actif de l’enzyme DDE composé des acides aminés carboxyliques invariants Asp64, Asp116 et Glu152 [197]. Cette triade catalytique permettant la fixation de deux cations divalents Mg2+ ou Mn2+ formant des liaisons avec l’ADN est strictement requise pour l’activité enzymatique de l’IN [198]. La cristallographie du domaine CCD a révélé une structure proche de celle de la famille des nucléotidyltransférases tel que l’enzyme bactérienne et virale RNase H, les transposases ou encore la recombinase RAG1 [199,200]. Il semblerait que l’un des cations, de Mg2+ ou de Mn2+, est chélaté par l’IN alors que le second doit être stabilisé par la fixation de l’ADN [201]. L’ion métallique Mg2+ étant plus abondant, les réactions d’intégration catalysées en présence de Mg2+ sont considérées comme pertinentes et les plus physiologiquement représentatives. La présence d’ion Mg2+ rend l’IN plus sensible aux variations de séquence aux extrémités de l’ADN substrat et permet ainsi une réaction d’intégration plus spécifique [202].
D’autres résidus sont impliqués dans l’activité catalytique de l’IN. En effet il a été montré qu’une région très flexible dite boucle catalytique, formée des acides aminés 140 à 149 de l’IN, permet l’orientation de la triade DDE. Des études ont mis en évidence que la rigidification de la boucle catalytique ne modifie pas l’interaction IN-ADN cependant cela provoque une diminution importante de l’étape d’intégration catalysée par l’IN [203].
Le domaine CCD joue donc un rôle crucial dans l’activité catalytique de l’IN mais il a également été démontré que son interaction avec l’ADN lui permet notamment de reconnaitre les extrémités LTR maturées de l’ADN viral [204]. De plus le domaine CCD seul peut catalyser la réaction de désintégration bien que ce phénomène n’a pas été observé dans des expérimentations in vivo avec la protéine IN entière [150].
Les séquences flexibles reliant le CCD au CTD ne sont pas conservées et leur longueur varie en fonction des rétrovirus.
c) Le domaine CTD
Le domaine C-terminal (CTD) composé des résidus 213 à 288 est le moins conservé des trois domaines de l’IN. Le CTD possède une structure en feuillets β dont le repliement est analogue aux domaines SH3 (Scr homology 3) impliqué dans les interactions protéine-
61 protéine [205]. Le domaine CTD est structurellement proche des domaines liant la chromatine de la famille des protéines Tudor.
Le CTD permet la fixation de l’ADN viral ou cellulaire indépendamment de sa séquence ou de la présence d’ions métallique, il s’agit donc d’un phénomène non spécifique [206]. Il semblerait également qu’il soit impliqué dans l’oligomérisation fonctionnelle de l’IN [207]. En effet il a été démontré que les domaines NTD et CTD jouent un rôle dans l’étape d’intégration car ils forment des liaisons avec le substrat ADN et sont également cruciaux pour l’assemblage et la stabilisation des différents intermédiaires IN-ADN de l’intasome [208].