Structural study of adenoviral capsid proteins
ÉTUDE STRUCTURALE DES PROTÉINES DE LA CAPSIDE DE L'ADÉNOVIRUS
Résumé
Adenoviruses are dsDNA non enveloped icosahedral viruses. Although these viruses are widely studied in the area of gene therapy applications, the lack of fundamental knowledge especially from a structural point of view is probably partly responsible for the limited success of the first trials. As a part of a global structural study of adenoviral proteins, we focused on minor proteins, and particularly on protein IX. 4 trimers of protein IX are found at the center of each face of the capsid. Cryo-electron microscopy 3D reconstructions of human adenovirus in complex with Fabs directed against the protein IX C-terminal region, and a canine adenovirus where the C-terminal domain of protein IX was marked with GFP, enabled us to localise the C-terminal region at the capsid surface. A combination of these results with biophysical analyses of various mutants of protein IX allowed to propose a model of integration of this protein into the capsid surface. In particular we showed that protein IX forms a lattice between the different capsomers.
Our work also focused on another structural protein, the short fiber head of avian adenovirus. We solved the crystallographic structure of this protein at 2 Å resolution and compared it with other known fiber head structures. Inspite of a low sequence homology, the tertiary and quaternary structures of fiber heads are conserved within members of the adenovirus family. A phylogenetic tree based on the atomic structures of fiber heads revealed a new link between adenoviruses infecting different species. The structure also allowed us to emit hypotheses on the nature of cellular receptors for avian adenovirus.
The third structural protein we took an interest in is human adenovirus type 3 penton base. 12 copies of this pentameric protein further assemble into a highly symmetrical dodecahedron particle. The 80 Å cavity of the dodecahedrons and their ability to enter cells prompted to propose these assemblies as potential gene transfer vehicles for gene therapy. We recently succeeded to improve dodecahedron crystals to obtain X-ray diffraction up to 3.5 Å resolution. The structure of the assembly is being solved.
Our work also focused on another structural protein, the short fiber head of avian adenovirus. We solved the crystallographic structure of this protein at 2 Å resolution and compared it with other known fiber head structures. Inspite of a low sequence homology, the tertiary and quaternary structures of fiber heads are conserved within members of the adenovirus family. A phylogenetic tree based on the atomic structures of fiber heads revealed a new link between adenoviruses infecting different species. The structure also allowed us to emit hypotheses on the nature of cellular receptors for avian adenovirus.
The third structural protein we took an interest in is human adenovirus type 3 penton base. 12 copies of this pentameric protein further assemble into a highly symmetrical dodecahedron particle. The 80 Å cavity of the dodecahedrons and their ability to enter cells prompted to propose these assemblies as potential gene transfer vehicles for gene therapy. We recently succeeded to improve dodecahedron crystals to obtain X-ray diffraction up to 3.5 Å resolution. The structure of the assembly is being solved.
Les adénovirus sont des virus icosaédriques non enveloppés à ADN double brin. Bien que ces virus soient très étudiés dans le but d'une application possible en thérapie génique, le manque de connaissances fondamentales, notamment structurales, est probablement à l'origine du faible succès rencontré lors des premiers essais effectués. Dans le cadre d'un programme général d'étude structurale des protéines de l'adénovirus, nous nous sommes intéressés aux protéines mineures et particulièrement à la protéine IX. Cette dernière est localisée sous forme de 4 trimères au centre de chaque face du virus. Grâce à des reconstructions 3D à partir des images de cryo-microscopie électronique, d'une part, d'un adénovirus humain décoré par des Fabs ciblant le domaine C-terminal de la protéine IX et, d'autre part, d'un adénovirus canin dans lequel le domaine C-terminal de la protéine IX a été fusionné avec la GFP, nous avons pu localiser le domaine C-terminal à la surface de la capside. En combinant ces résultats avec des données biophysiques obtenues pour différents mutants de la protéine IX, nous avons proposé un modèle de son intégration au sein de la capside. Nous avons en particulier montré que la protéine IX formait un maillage localisé entre les différents capsomères.
Nous nous sommes également intéressés à une autre protéine structurale de l'adénovirus : la tête de fibre courte de l'adénovirus aviaire. Nous avons résolu la structure cristallographique de cette protéine à 2 Å de résolution. Cette structure a été comparée avec d'autres structures de tête de fibre d'adénovirus déjà connues. Nous avons pu en déduire que, malgré de faibles homologies de séquences, les structures tertiaire et quaternaire des têtes de fibre étaient conservées au sein de la famille des adénovirus. La construction d'un arbre phylogénique basé sur les structures atomiques des têtes de fibre nous a permis de mettre en évidence une nouvelle filiation entre les adénovirus infectant différentes espèces. La structure a également conduit à des hypothèses quand à la nature des récepteurs cellulaires de l'adénovirus aviaire.
La troisième protéine structurale à laquelle nous nous sommes intéressés est la base du penton de l'adénovirus humain de sérotype 3. Cette protéine pentamérique peut s'associer par douze pour former un assemblage hautement symétrique : le dodécaèdre. Grâce à leur cavité de 80Å et leur capacité à entrer dans les cellules, ces particules dodécaédriques ont été proposées comme véhicule de transfert de gène en thérapie génique potentielle. Nous avons réussi récemment à améliorer des cristaux de cet assemblage pour arriver à une diffraction des rayons X allant jusqu'à une résolution de 3.5 Å. La résolution de la structure est en cours.
Nous nous sommes également intéressés à une autre protéine structurale de l'adénovirus : la tête de fibre courte de l'adénovirus aviaire. Nous avons résolu la structure cristallographique de cette protéine à 2 Å de résolution. Cette structure a été comparée avec d'autres structures de tête de fibre d'adénovirus déjà connues. Nous avons pu en déduire que, malgré de faibles homologies de séquences, les structures tertiaire et quaternaire des têtes de fibre étaient conservées au sein de la famille des adénovirus. La construction d'un arbre phylogénique basé sur les structures atomiques des têtes de fibre nous a permis de mettre en évidence une nouvelle filiation entre les adénovirus infectant différentes espèces. La structure a également conduit à des hypothèses quand à la nature des récepteurs cellulaires de l'adénovirus aviaire.
La troisième protéine structurale à laquelle nous nous sommes intéressés est la base du penton de l'adénovirus humain de sérotype 3. Cette protéine pentamérique peut s'associer par douze pour former un assemblage hautement symétrique : le dodécaèdre. Grâce à leur cavité de 80Å et leur capacité à entrer dans les cellules, ces particules dodécaédriques ont été proposées comme véhicule de transfert de gène en thérapie génique potentielle. Nous avons réussi récemment à améliorer des cristaux de cet assemblage pour arriver à une diffraction des rayons X allant jusqu'à une résolution de 3.5 Å. La résolution de la structure est en cours.
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