Contribution à l’étude du peptide de fusion et du domaine transmembranaire des glycoprotéines de fusion virales de classe 1

Les glycoprotéines de fusion virales de classe 1 contrôlent la fusion entre l’enveloppe virale et la membrane cellulaire. Ces glycoprotéines présentent une extrémité N-terminale indispensable à la fusion, le peptide de fusion. Les peptides de fusion sont capables d’induire à eux seuls la fusion de membranes in vitro. Dans cette étude, nous avons d’abord analysé les peptides de fusion de gp41 du HIV et de gp30 du BLV. Ces deux peptides de fusion sont des peptides obliques : ils s’insèrent obliquement dans la membrane sous forme hélicoïdale. Nos études ont montré une relation entre la capacité de ces deux peptides de fusion à s’insérer obliquement dans la membrane et la capacité de leurs glycoprotéines de fusion à induire la fusion. Dans le cas du BLV, nous avons également montré une relation entre l’obliquité du peptide de fusion et sa fusogénicité. Cette relation obliquité-fusogénicité a été utilisée pour prédire avec succès la région minimale des deux peptides de fusion suffisante pour induire une fusion significative in vitro, qui correspond respectivement aux douze et aux quinze premiers acides aminés de gp41 et gp30. Nos résultats montrent également que le peptide caméléon, un peptide de novo avec une structure labile, s’insère obliquement dans la membrane et induit la fusion in vitro. Le fait que ce peptide fasse partie des peptides obliques, comme les peptides de fusion du HIV et BLV, renforce l’hypothèse d’un lien entre la fusogénicité des peptides de fusion et leur flexibilité structurale.De nombreuses études réalisées sur les glycoprotéines de fusion de classe 1 indiquent que le domaine transmembranaire intervient également dans la fusion virale. Ce domaine doit être suffisamment long pour que la fusion soit complète. Dans ce travail, nous avons montré qu’un peptide transmembranaire modèle, le peptide KALR, est capable de s’insérer et d’induire la fusion de liposomes in vitro. En comparant les résultats de modélisation moléculaire avec ceux de FTIR et ceux de la fusion de phase lipidique/perméabilisation de liposomes, nous avons également montré que le taux d’insertion membranaire et la fusogénicité de KALR dépendent de la longueur de son cœur hydrophobe. En effet, le taux d’insertion de KALR dans la membrane est beaucoup plus important lorsqu’il contient un cœur hydrophobe lui permettant de traverser entièrement la membrane. Dans cette situation, KALR est capable d’induire la déstabilisation et la fusion de membranes alors que lorsque son cœur hydrophobe est trop court pour lui permettre de traverser la membrane, il en est incapable. Ces résultats ont permis d’apporter des éléments de compréhension des mécanismes intervenant lors de la fusion induite par les glycoprotéines de fusion virales. / Abstract: Class 1 fusion glycoproteins of viruses are involved in the fusion between viral envelope and cell membrane. The N-terminal extremity of these glycoproteins, called fusion peptide, is essential for fusion. Fusion peptides are able to induce by themselves in vitro membrane fusion. Firstly, we analysed fusion peptides of HIV-1 gp41 and BLV gp30. These two peptides are tilted peptides: they insert obliquely in the membrane when helical. Our studies showed a correlation between the ability of these two fusion peptides to insert obliquely in the membrane and the ability of whole glycoproteins to induce fusion. For BLV, a relationship between the obliquity of the fusion peptide and its fusogenicity was also observed. This obliquity/fusogenicity relationship was used to successfully predict the minimal region of the two fusion peptides sufficient to induce significant in vitro fusion. The minimal fusion peptide corresponds respectively to the twelve and to the fifteen first residues of gp41 and gp30. Our results also showed that the chameleon peptide, a de novo peptide with structural flexibility, inserts obliquely into the membrane and induces in vitro fusion. The fact that this peptide is a tilted peptide, like fusion peptides of HIV-1 and BLV, confirms the hypothesis of a relationship between the fusion peptides fusogenicity and their structural flexibility. A lot of studies on class 1 fusion glycoproteins of viruses indicate that the transmembrane domain is also directly involved in the viral fusion. Glycoproteins must have a domain long enough to induce complete fusion. In this study, we showed that a model transmembrane peptide, KALR peptide, is able to insert into membranes and to induce their fusion. By comparing molecular modelling results with those of FTIR, of liposomes lipid-mixing and of liposomes leakage, we also showed that the insertion rate into the membranes and the fusogenicity of KALR depend on the length of its hydrophobic core. Indeed, the insertion rate of KALR into the membrane is greatly larger when it contains a hydrophobic core long enough to allow the peptide to traverse the membrane. In this situation, KALR is able to destabilize membranes and to induce their fusion, while when it is too short to match the membrane, it is unable to induce fusion. These results allow to better understanding mechanisms involved in the fusion induced by viral fusion glycoproteins.