Développement d'un test d'interaction entre la protéine d'enveloppe du VIH-1 (gp120) et les corécepteurs CCR5/CXCR4 par résonance plasmonique de surface : criblage et optimisation d'inhibiteurs de l'entrée virale

par Bridgette Janine Connell

Thèse de doctorat en Sciences de la vie

Sous la direction de Hugues Lortat-Jacob.

Soutenue le 16-03-2012

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble) , en partenariat avec Institut de Biologie Structurale (équipe de recherche) .

Le président du jury était Winfried Weissenhorn.

Le jury était composé de Hugues Lortat-Jacob, Nicolas Balacheff, Muriel Ney, Daicui Zhou, Xu Cai, Luca Perniola.

Les rapporteurs étaient Marc Parmentier, Fernando Arenzana-seisdedos, Satnam Singh.


  • Résumé

    Il est bien établi que la gp120 du VIH-1 se fixe aux héparane sulfate (HS) cellulaires, par le biais de la boucle V3 ce qui favorise l'infectivité virale. Cependant, une variété de polyanions solubles, conjugués à CD4 (mCD4-HS12) a des propriétés antivirales et a montré in vitro une activité contre le VIH-1 à de très faibles concentrations (nM). En raison de la complexité structurale des HS, le criblage d'oligosaccharides différenciellement sulfatés pour améliorer l'activité de la molécule serait trop difficile. En vue d'obtenir une molécule plus spécifique, de plus haute affinité et plus facile à produire, des peptides mimant les HS ont été synthétisés par nos collaborateurs. Notre but était de cribler ces peptides pour leur capacité à inhiber l'entrée de VIH-1. À cette fin, nous avons mis en place une plateforme permettant d'immobiliser CCR5 et CXCR4 solubilisés sur des biocapteurs (Biacore) pour cribler des molécules qui inhibent la liaison de gp120-CD4 aux corécepteurs. Pour contrôler le processus de solubilisation, CXCL12, le ligand naturel de CXCR4, a été injecté sur CXCR4 immobilisé. Les affinités des isoformes de CXCL12 (α et γ) pour CXCR4 ont été calculées dans les fourchettes de valeurs précédemment obtenues avec des techniques différentes, prouvant ainsi la fonctionnalité de notre système et nous permettant d'étudier les mécanismes de fixation de ces deux isoformes sur CXCR4 ainsi que leur régulation par HS. Le système a ensuite été utilisé pour cribler la capacité d'inhibition des peptides mimétiques du HS. Chaque peptide, [S(XDXS)n] contient des acides aminés qui imitent les groupes hydroxyles, carboxyles et sulfates des HS. Le peptide contenant des résidus sulphotyrosines, une fois conjugué à mCD4 (mCD4-P3YSO3), montre un IC50 de l'ordre du nM, pour l'inhibition simultanée de la liaison de gp120 aux HS, à CD4, aux anticorps, aux corécepteurs ainsi que l'infection par VIH-1 in cellulo. Il constitue le premier inhibiteur bivalent de l'entrée qui cible à la fois les virus R5 et X4 et le concept d'un peptide mimétique des HS se prête à une analyse structurale et fonctionnelle de la liaison des chaînes HS aux protéines, une nouvelle technique dans ce domain

  • Titre traduit

    Development of a binding assay between the HIV-1 envelope protein (gp120) and coreceptors CCR5/CXCR4 by Surface Plasmon Resonance : Screening and optimization of viral entry inhibitors


  • Résumé

    It is well-established that cell-associated Heparan Sulphate (HS) binds the V3 loop of gp120 of HIV-1 thus aiding in viral infectivity. However, a variety of soluble polyanions have antiviral properties once conjugated to CD4 and a CD4-conjugated HS (mCD4-HS12), showed nM activity against HIV-1 in vitro. Due to the structural complexity of HS, screening differently sulphated oligosaccharides to improve the molecule's activity would be too cumbersome, thus in order to obtain a more specific, higher affinity and easier to produce moiety, collaborators synthesized HS mimetic peptides. We aimed to screen these peptides and other anionic molecules for their capacity to inhibit HIV-1 entry. To this end we set-up a platform whereby solubilised CCR5 and CXCR4 were immobilized on biosensors (biacore) and used to screen for molecules that inhibited gp120-CD4 binding to the coreceptors. To control the solubilization process, CXCL12, the natural ligand of CXCR4, was injected over the immobilized CXCR4. The affinities of CXCL12 isoforms (α and γ) for CXCR4 were calculated within the ranges of values that have been previously described with different techniques, thus proving the functionality of our system and enabling us to investigate the binding mechanisms of these two isoforms with CXCR4 and their regulation by HS. The system was subsequently used to screen the inhibitory capacity of the HS mimetic peptides. Each peptide, [S(XDXS)n], contained amino acids that mimic the hydroxyl, carboxyl and sulphate groups on HS chains. The peptide containing sulphotyrosine residues, when conjugated to mCD4 (mCD4-P3YSO3), displayed nM IC50 for simultaneously inhibiting gp120 binding to HS, CD4, antibody, coreceptors and HIV-1 infection in vitro. This is the first bivalent entry inhibitor that targets both R5 and X4 viruses and the concept of a HSmimetic peptide lends itself to structural-functional analysis of HS chains binding to proteins, a novel technique in this field.


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