CNRS - AIX MARSEILLE UNIV : UMR7257

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Projets de l’Equipe Longhi

Partenariat moléculaire du domaine C-terminal NTAIL intrinsèquement désordonné du virus de la Rougeole

Responsables Sonia LONGHI

  Elucidation des mécanismes moléculaires de l’interaction NTAIL-PXD du virus de la rougeole

Personnes impliquées : J. Habchi (Doctorant), D. Blocquel (Doctorant), A. Gruet (AI, CDD, Etudiant EPHE)

L’interaction entre le domaine C-terminal désordonné de la nucléoprotéine (NTAIL) du virus de la rougeole (MeV) et le domaine X de la phosphoprotéine (PXD) a été l’objet de nombreuses études au cours de ces dernières années ( [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9])Dans leur ensemble, ces études ont montré que i) la majorité de NTAIL reste désordonnée après liaison à PXD, ii) la région Box2 (aa 489-506 de N) subit un repliement α-hélical suite à liaison à PXD, et iii) le processus de repliement couplé à la liaison repose sur deux mécanismes non mutuellement exclusifs, à savoir la sélection conformationnelle et le repliement après liaison (Figure 2).

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Figure 2
Modèle de la formation du complexe NTAIL-PXD qui utilise à la fois la sélection conformationnelle et la formation d’un complexe de rencontre non spécifique. L’hélice rouge, correspondant au site primaire de liaison à PXD, est présente chez approximativement 50% de la population des molécules de NTAIL, où elle s’étend du résidu 491 au résidu 499. Dans le modèle de liaison non spécifique, un complexe de rencontre caractérisé par une faible affinité peut également se former. Ce complexe est ensuite converti en un complexe stable grâce au repliement alpha hélical de la région 490-504. Il n’a pas encore été établi si ce repliement a lieu pendant la demi-vie du complexe de rencontre. Dans le modèle de sélection conformationnelle, l’hélice preformée interagit avec PXD pour former un complexe stable. Dans les deux cas, la Box3 devient plus rigide suite au repliement de la Box2. Les 4 conformères qui sont entourés représentent schématiquement le stade final dans la formation du complexe. Le complexe final consiste en un ensemble de conformères chez lesquels la region C-terminale de NTAIL (Box3) a une liberté conformationnelle réduite. Cette mobilité réduite pourrait favoriser l’établissement des contacts faibles et non spécifiques avec PXD.
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Figure 3
Modèle du complexe NTAIL-PXD partiellement désorodnné en tant qu’ensemble conformationnel. Représentation des 50 meilleures structures de la region 488-525 de NTAIL en complexe avec PXD. Les conformères de NTAIL sont représentés selon un gradient de couleur allant du jaune au rouge en fonction d’une densité structurale croissante, alors que PXD est représenté en noir. Modifié à partir de (Kavalenka et al., Biophys J 2010).

En collaboration avec le groupe de J. Strancar (Institut Jozef Stefan, Ljubljana, Slovénie), nous avons proposé une nouvelle approche permettant de décrire la structure de complexes protéiques partiellement désordonnés et nous l’avons appliquée à la région 488-525 de NTAIL en complexe avec PXD. Cette approche originale repose sur une combinaison de spectroscopie RPE en marquage de spin et de modélisation d’espaces conformationnels de rotation. Ceci nous a permis de modéliser le complexe NTAIL-PXD en tant qu’ensemble conformationnel. Le modèle obtenu montre que la région C-terminale de NTAIL possède une liberté conformationnelle considérable au sein du complexe (Figure 3) [10]. En collaboration avec le groupe de B. Guigliarelli (BIP, Marseille), l’interaction NTAIL-PXD est aussi actuellement étudiée par la technique du DEER EPR et des nouvelles sondes paramagnétiques ayant des propriétés différentes sont actuellement synthétisées par le groupe de S. Marc (LCP, Marseille).
Plus récemment, en collaboration avec le groupe de M. Blackledge (IBS, Grenoble, France), une description atomique de la forme libre de NTAIL en tant qu’ensemble conformationnel a pu être obtenue en combinant des mesures de RDCs et des méthodes d’optimisation d’ensemble. Ces études ont montré que NTAIL adopte un équilibre dynamique entre un état complètement déplié et quatre différentes conformations partiellement hélicoïdales [11]. Au cours de ces études, l’état désordonné de NTAIL dans le contexte de nucléocapsides intactes a été aussi adressé. Grâce à des études de microscopie électronique, la masse des nucléocapsides a pu être évaluée entre 2 et 50 MDa, une valeur incompatible avec la détection de signaux NMR pour une protéine structurée en solution. Le spectre HSQC des capsides intactes révèle cependant que NTAIL reste flexible dans le contexte des nucléocapsides. La comparaison des spectres HSQC du domaine NTAIL isolé et des nucléocapsides intactes montre que les résonances NMR sont superposables, ce qui indique que le comportement conformationnel local de NTAIL et donc son état désordonné, est conservé in situ. Les signaux pour les 50 premiers résidus de NTAIL sont cependant absents dans le spectre de la capside, et des grandes variations d’intensités indiquent une flexibilité différentielle le long du reste de la chaîne, avec l’élément de reconnaissance moléculaire (MoRE) impliqué dans la liaison à PXD ayant des intensités particulièrement faibles. Par comparaison avec un modèle de MeV N qui a été obtenu en modélisant la structure de la N du virus syncytial respiratoire dans la densité électronique de la nucléocapside du MeV [12], nous avons pu proposer un modèle où NTAIL s’échappe de l’intérieur de la nucléocapside via l’espace interstitiel entre les sous-unités NCORE (Figure 4). Les 50 premiers résidus de NTAIL sont conformationnellement restreints étant pris en sandwich entre des tours successifs de la nucléocapside hélicoïdale, tandis que le MoRE est en échange lent entre la surface de la nucléocapside et le solvant, ce qui le positionne probablement dans la position la plus appropriée pour la reconnaissance par le complexe polymérase [13].

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Figure 4
La figure, réalisée par Martin Blackledge (IBS, Grenoble), montre une reconstruction de la nucléocapside du MeV à partir des données de microscopie électronique (au fond), de diffusion aux petits angles (à gauche) et de résonance magnétique nucléaire à très haut champ (au premier plan). Le domaine NTAIL désordonné est représenté en rouge. Modifié à partir de (Ringkjøbing Jensen et al., Proc Natl Acad Sci 2011).

Notes


[1] Longhi S, Receveur-Brechot V, Karlin D, Johansson K, Darbon H, Bhella D, Yeo R, Finet S, Canard B (2003) J Biol Chem 278 18638-48

[2] Johansson K, Bourhis JM, Campanacci V, Cambillau C, Canard B, Longhi S (2003) J Biol Chem 278 44567-73

[3] Bourhis JM, Johansson K, Receveur-Brechot V, Oldfield CJ, Dunker KA, Canard B, Longhi S (2004) Virus Res 99 157-167

[4] Bourhis JM, Receveur-Brechot V, Oglesbee M, Zhang X, Buccellato M, Darbon H, Canard B, Finet S, Longhi S (2005) Protein Sci 14 1975-92

[5] Morin B, Bourhis JM, Belle V, Woudstra M, Carriere F, Guigliarelli B, Fournel A, Longhi S (2006) J Phys Chem B 110 20596-608

[6] Belle V, Rouger S, Costanzo S, Liquiere E, Strancar J, Guigliarelli B, Fournel A, Longhi S (2008) Proteins 73 973-88

[7] Bernard C, Gely S, Bourhis JM, Morelli X, Longhi S, Darbon H (2009) FEBS Lett 583 (7) 1084-9

[8] Gely S, Lowry DF, Bernard C, Jensen MR, Blackledge M, Costanzo S, Bourhis JM, Darbon H, Daughdrill G, Longhi S (2010) J Mol Recognit 23 435-447

[9] Bischak CG, Longhi S, Snead DM, Costanzo S, Terrer E, Londergan CH (2010) Biophys J 99(5) 1676-83

[10] Kavalenka A, Urbancic I, Belle V, Rouger S, Costanzo S, Kure S, Fournel A, Longhi S, Guigliarelli B and Strancar J. (2010) Biophys J 98 1055-1064

[11] Ringkjobing Jensen M, Communie G, Ribeiro EA, Martinez N, Desfosses A, Salmon L, Mollica L, Gabel F, Jamin M, Longhi S, Ruigrok R and Blackeldge M (2011) Proc Natl Acad Sci 108 9839-9844

[12] Desfosses A, Goret G, Farias Estrozi L, Ruigrok RW, Gutsche I (2011) J Virol 85 1391-5

[13] Ringkjobing Jensen M, Communie G, Ribeiro EA, Martinez N, Desfosses A, Salmon L, Mollica L, Gabel F, Jamin M, Longhi S, Ruigrok R and Blackeldge M (2011) Proc Natl Acad Sci 108 9839-9844
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