Les récepteurs d`entrée du HTLV

revue
Virologie 2012, 16 (3) : 148-57
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Les récepteurs d’entrée du HTLV-1 :
un ménage à trois
Sophie Lambert1 , 2 , 3 , 4
Manuella Bouttier1 , 2 , 3 , 4
David Ghez1 , 2 , 3 , 4
Oliver Hermine1 , 2 , 3 , 4
Claudine Pique1 , 2 , 3 , 4
1 Institut Cochin, Inserm, U1016, 22 rue
Méchain, 75014 Paris, France
2 CNRS, UMR8104, Paris, France
3 Université Paris-Descartes,
Sorbonne-Paris-Cité, Paris, France
4 CNRS, UMR8147, université
Paris-Descartes, Sorbonne-Paris-Cité,
Paris, France
<[email protected]>
Résumé. L’identification du récepteur d’entrée pour un virus est toujours un défi
et à l’heure actuelle, certains virus importants en pathologie humaine restent toujours sans récepteur connu. Le virus T-lymphotrope humain de type 1 (HTLV-1),
seul rétrovirus responsable d’un cancer chez l’homme fut identifié au début des
années 1980. La nature de son récepteur resta un mystère pendant plus de 20 ans,
jusqu’à l’identification par différents laboratoires de trois protéines présentant les
critères attendus : le transporteur de glucose Glut1, La neuropiline 1, un récepteur du VEGF, et les héparanes sulfates protéoglycanes. Cette revue décrit les
différentes étapes qui ont conduit à l’identification de ces trois récepteurs et propose un modèle intégré dans lequel ces protéines interviennent successivement
au cours du processus d’entrée.
Mots clés : leucémie, rétrovirus, étapes précoces, protéoglycanes, neuropiline,
Glut1
Abstract. The identification of the cellular receptor used by viruses to enter their
target cells is always a challenge and to date entry receptors remain to be identified for a variety of pathogenic human viruses. Human T-lymphotropic virus
type 1 (HTLV-1), the unique oncogenic retrovirus in human, was identified in
the early 1980’s. The nature of its entry receptor has remained a mystery for
over 20 years, until the independent identification of three proteins presenting
the expected criteria, the glucose transporter Glut1, Neuropilin 1, a VEGF receptor, and heparan sulfate proteoglycans. In this review, we summarize the data
pertaining to HTLV-1 entry molecules and present a new model, in which these
three proteins successively intervene during the entry process.
Key words: leukemia, retrovirus, early steps, proteoglycans, Neuropilin, Glut1
HTLV-1, l’autre rétrovirus humain
Tirés à part : C. Pique
148
Virologie, Vol 16, n◦ 3, mai-juin 2012
Pour citer cet article : Lambert S, Bouttier M, Ghez D, Hermine O, Pique C. Les récepteurs d’entrée du HTLV-1 : un ménage à trois. Virologie 2012; 16(3) : 148-57 doi:10.1684/vir.2012.0452
doi:10.1684/vir.2012.0452
Le virus T-lymphotrope humain de type 1 (human T-cell
lymphotropic virus, type 1 [HTLV-1]) fut le premier rétrovirus pathogène découvert chez l’homme, environ deux
ans avant la découverte du virus de l’immunodéficience
humaine de type 1 (VIH-1). HTLV-1, dans un premier
temps reconnu comme l’agent étiologique de la leucémie
aiguë de l’adulte (adult T-cell leukemia, [ATL]) fut ensuite
associé à une pathologie de type inflammatoire, la paraparésie spastique tropicale/myélopathie associée à HTLV-1
(TSP/HAM). À la différence du VIH-1, HTLV-1 n’est pas
responsable d’une pandémie mais est uniquement retrouvé
dans certains foyers endémiques bien définis (Afrique,
Amérique centrale et du Sud et Iles Caraïbes, Mélanésie, Japon), représentant environ 20 millions d’individus
infectés dans le monde [1].
HTLV-1 fut isolé à partir d’une culture de lymphocytes T
CD4 + établie d’un patient atteint d’un lymphome cutané
à cellules T [2]. Bien que les lymphocytes CD4 + soient
les cibles majoritaires du virus, d’autres types cellulaires
sont infectés in vivo incluant les cellules T CD8 + [3], les
monocytes et les lymphocytes B [4]. L’infection des cellules dendritiques (DC) et leur capacité à infecter dans
un second temps des lymphocytes T CD4 + ont été également mises en évidence [5, 6]. Enfin, l’ADN proviral
du HTLV-1 a été détecté dans les cellules endothéliales
[7] ainsi que dans les astrocytes de patients atteints de
TSP/HAM [8].
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revue
Contrairement au VIH-1, les virions HTLV-1 ne sont pas
capables d’infecter directement un lymphocyte T cible et la
transmission du HTLV-1 entre lymphocytes T nécessite un
transfert de cellule à cellule. Deux modes de transmission
cellule-cellule ont été mis en évidence : la synapse virologique (SV) et les biofilms (figure 1). La SV, qui présente des
analogies avec la synapse immunologique est une jonction
membranaire délimitant un espace intercellulaire au sein
duquel les particules virales sont libérées juste au contact
de la cellule cible [9]. Les biofilms sont des structures adhésives présentes à la surface de la cellule infectée qui sont
formées de particules virales enchâssées dans une matrice
d’origine cellulaire [10].
L’acteur viral : les glycoprotéines
d’enveloppe
Le cycle de réplication des virus débute par l’entrée du
virus dans la cellule hôte. Chez les rétrovirus, le processus
d’entrée se décompose en deux étapes majeures :
– liaison de la particule virale au(x) récepteur(s) présent(s)
à la surface de la cellule cible ;
– fusion de l’enveloppe virale avec la membrane plasmique
de la cellule cible (figure 2).
Du côté rétroviral, l’entrée fait intervenir les glycoprotéines
d’enveloppe virales (Env), enchâssées dans l’enveloppe
A. Synapse virologique
lipidique entourant la nucléocapside virale (figure 2). Les
protéines Env sont constituées d’une sous-unité de surface (SU) et d’une sous-unité transmembranaire (TM),
toutes deux issues du clivage dans l’appareil de Golgi d’un
précurseur préalablement synthétisé au niveau du réticulum endoplasmique. La SU, exposée à la surface de la
particule virale est liée à la TM qui, par son domaine
transmembranaire, ancre le complexe ainsi formé dans
l’enveloppe virale. La TM porte également dans sa partie
N-terminale un peptide hydrophobe capable de s’insérer
dans les membranes (peptide de fusion, figure 2). La
SU intervient en premier dans le processus d’entrée en
recrutant le(s) récepteur(s) cellulaire(s). Cette interaction
SU/récepteur(s) déclenche un changement de conformation
qui déplace la SU au sein du complexe SU/TM, permettant
ainsi l’exposition de la TM et de son peptide de fusion et
finalement, la fusion des membranes virale et cellulaire.
Dans le cas des gammarétrovirus, le processus d’entrée fait
intervenir un seul récepteur. En revanche, dans le cas des
lentivirus, le VIH-1 notamment, deux récepteurs sont engagés, le récepteur de liaison (CD4) utilisé par l’ensemble
des souches virales et un corécepteur qui diffère selon la
souche virale et le type de cellule cible (CCXCR4 ou CCR5)
[11, 12].
Pour ce qui concerne HTLV-1, le précurseur Env correspond
à une protéine de 61 kDa, clivée en SU/gp46 et TM/gp21
[13]. Aucune donnée structurale directe n’est disponible à
ce jour pour la SU du HTLV-1. En revanche, les études
B. Biofilms
COMT
Actine
Cellule
infectée
Zone synaptique
COMT : Centre Organisateur
des microtubules
Cellule
cible
Cellule
infectée
ICAM-1
Virions HTLV-1
lFA-1
Capside virale
Env
Récepteur(s) d'entrée
Cellule
cible
Matrice extracellulaire
Figure 1. HTLV-1 se transmet de cellule à cellule par la synapse virologique (SV) ou au sein de biofilms. A) Représentation schématique
de la SV formée entre un lymphocyte T infecté par HTLV-1 et un lymphocyte T cible. Les protéines virales (Env) et cellulaires (récepteurs,
molécules d’adhérence ICAM-1 et LFA-1) impliquées dans la formation de la SV ainsi que la polarisation du centre organisateur des microtubules (COMT) induite dans la cellule infecté sont représentées. B) Représentation schématique des biofilms produits par le lymphocyte
T infecté et transmis au lymphocyte T cible. Les particules virales enchâssées dans une matrice extracellulaire collées à la cellule sont
représentées.
Virologie, Vol 16, n◦ 3, mai-juin 2012
149
revue
B-CHANGEMENT DE CONFORMATION DE LA SU ET
EXPOSITION DU PEPTIDE DE FUSION DE LA TM
A-LIAISON DE LA SU AU RÉCEPTEUR
Particule
rétrovirale
Protéine
transmembranaire (TM)
Env
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Milieu
extracellulaire
Protéine de surface
(SU)
Membrane cellulaire
Récepteur d´entrée
C-ANCRAGE DU PEPTIDE DE FUSION ET FUSION DES
MEMBRANES VIRALE ET CELLULAIRE
Peptide de fusion
D-FORMATION ET ELARGISSEMENT DU PORE ET LlBÉRATION
DE LA NUCLÉOCAPSIDE DANS LE CYTOPLASME
Figure 2. L’entrée des particules rétrovirales dans la cellule hôte est gouvernée par les glycoprotéines d’enveloppe qui correspondent
à un complexe formé entre une glycoprotéine de surface (SU) et une glycoprotéine transmembranaire (TM). La SU porte le domaine de
liaison au récepteur et la TM contient le peptide de fusion dans sa partie N-terminale. A) La SU enchâssée dans l’enveloppe virale se
lie au récepteur d’entrée. B) L’interaction SU/récepteur induit un changement de conformation de la SU qui aboutit à un déplacement de
celle-ci et à l’exposition de la TM, en particulier de son peptide de fusion. C) Le peptide de fusion s’insère dans la membrane plasmique
et déclenche la fusion de l’enveloppe virale et de la membrane plasmique. D) Enfin, le pore ainsi formé s’élargit et permet la libération de
la nucléocapside virale dans le cytoplasme.
structurales et fonctionnelles réalisées sur les rétrovirus
murins de type Murine Leukemia Virus (MLV) ont montré
que la SU est organisée en trois modules :
– un domaine N-terminal portant la région minimale de
liaison au récepteur (Receptor Binding Domain [RBD]) ;
– une courte région riche en proline (Proline Rich Region
[PRR]) ;
– un domaine C-terminal (C-terminal Domain [CTD]) [14]
(figure 5).
L’alignement des séquences d’acides aminés des SU de
HTLV-1 et MLV montre que la SU du HTLV-1 est organisée de façon similaire [15]. La région 25-180 de la SU de
HTLV-1, correspondant au domaine RBD, est bien responsable de la liaison des glycoprotéines d’enveloppe à
la surface des cellules cibles [15, 16]. Cependant, des
domaines situés en dehors du RBD sont également impliqués dans cette interaction [17].
150
La contrepartie cellulaire : données
initiales sur le récepteur du HTLV-1
Bien avant l’identification du récepteur du HTLV-1, différentes propriétés de celui-ci avaient été mises en évidence.
Il avait ainsi été montré, que ce ou ces récepteur(s) étaient
exprimés de façon ubiquitaire et étaient très conservés
parmi les vertébrés [18] : en effet, la presque totalité des
lignées de laboratoires s’avéraient capables de fusionner
avec des cellules exprimant les glycoprotéines d’enveloppe
du HTLV-1 (formation de cellules géantes multinuclées
appelées syncytia), cette fusion étant dépendante des interactions Env/récepteur. Cette large expression a constitué
un obstacle majeur dans la découverte du récepteur, empêchant d’utiliser la stratégie classique d’introduction d’ADN
complémentaire de cellules permissives dans une lignée non
permissive.
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revue
D’autres informations concernant les modalités de liaison
du HTLV-1 furent ensuite obtenues grâce à la génération
de protéines SU solubles. Cela permit de définir une large
série de lignées cellulaires exprimant un ou des récepteurs
capables de lier directement la SU [19] et d’identifier la
seule lignée connue à ce jour pour ne pas lier la protéine
de surface du virus, la lignée de cellules de drosophile S2.
D’autres travaux montrèrent que l’expression du récepteur
du HTLV-1 est induite lors de l’activation des lymphocytes
T [20, 21].
Des molécules impliquées dans l’entrée du HTLV-1 ont été
recherchées dès la découverte du virus. Il a été initialement
proposé que la région q23 du chromosome 17 contienne
un gène codant le récepteur du virus [22]. Ces données ont
été remises en question ultérieurement [19] et l’hypothèse
actuelle est que ce gène code plutôt pour un co-facteur de
l’entrée. Certains candidats initialement identifiés en tant
que cibles d’anticorps neutralisant la formation de syncytia
se sont avérés être plutôt des facilitateurs des contacts cellulaires (molécules d’adhérence) ou des protéines associées à
Env (CD82) [23, 24]. Il a été également montré que la protéine HSP70 (Heat Shock Protein 70) est capable de lier la
SU et que des anticorps anti-HSP70 inhibent la formation
de syncytia [25]. Ces résultats ont été cependant nuancés par des travaux ultérieurs montrant que l’expression
de HSP70 dans des cellules peu permissives à l’infection
par HTLV-1 ne restaure pas l’entrée du virus [26]. Enfin,
la molécule DC-SIGN, déjà connue pour permettre la liaison aux cellules du VIH-1, a été récemment impliquée dans
l’infection des DC par des particules HTLV-1 [27].
A
Trois récepteurs identifiés
Les premières données solides concernant l’identification
d’un récepteur d’entrée furent publiées en 2003, soit plus
de 20 ans après la découverte du virus (voir pour revue
[28, 29]). Deux molécules furent ainsi identifiées indépendamment :
– le transporteur de glucose Glut1 ;
– un récepteur du VEGF165 , la neuropiline 1 (NRP1).
La contribution directe d’un troisième acteur, les héparanes
sulfates protéoglycanes (HSPG), dans le processus d’entrée
fut également démontrée (figure 3).
Glut1 est une perméase constituée de 12 hélices ␣ hydrophobes transmembranaires qui forment un véritable « pore »
responsable du transport passif du glucose (figure 3A) [30].
Cette protéine est exprimée dans de nombreux tissus et
dans la majorité des lignées de laboratoires. L’identification
du rôle de Glut1 débuta par une observation macroscopique surprenante. L’expression du domaine N-terminal
de la SU du HTLV-1 (H1-RBD) dans des cellules empêchait l’acidification du milieu et induisait ainsi un « effet
rouge » [31]. Sachant que les SU d’autres rétrovirus forment
des complexes intracellulaires avec leurs récepteurs, les
auteurs émirent l’hypothèse que la SU était capable de lier
une protéine impliquée dans le processus d’acidification,
lui-même lié à la production de lactate. Des investigations
plus poussées montrèrent que Glut1 était le transporteur
impliqué. Les données de cette étude montraient ainsi
que l’expression du H1-RBD altère le métabolisme glucidique et que la liaison du H1-RBD à la surface des cellules
B Domaines
C
a
a
Core protéique
Chaîne d´héparanes
sulfates
Milieu
extra cellulaire
c
Bicouche
lipidique
NH2
Glut1
COOH
Neuropiline 1
Héparanes sulfates
protéoglycanes
Figure 3. L’entrée du HTLV-1 fait intervenir trois protéines de surface. A) Glut1, un transporteur de glucose ubiquitaire à 12 domaines
transmembranaires. B) La neuropiline 1 (NRP-1), protéine à un seul domaine transmembranaire composée de 3 domaines extracellulaire,
a, b et c, et d’un court domaine cytoplasmique. C) Les Héparanes sulfates protéoglycanes (HSPG), constitués d’un squelette protéique sur
lequel sont fixées des chaînes d’héparanes sulfates chargées négativement. Les HSPG existent sous formes ancrées dans la membrane
ou solubles dans le milieu extracellulaire.
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cibles, tout comme l’infectiosité des pseudoparticules, sont
dépendantes du taux d’expression de Glut1 [31]. Une autre
étude montra ensuite que la surexpression de Glut1 augmente la capacité des cellules à former des syncytia avec
des cellules infectées par HTLV-1 [32]. Enfin, les domaines
responsables de la liaison de Env ou d’événements postérieurs à la liaison furent identifiés au sein de Glut1 [33].
Bien que le rôle de Glut1 dans le processus d’entrée fut
bien établi par ces premières données, des travaux d’autres
groupes suggérèrent ensuite que cette protéine ne soit pas
l’unique récepteur du HTLV-1.
Ainsi, les cellules de la lignée de glioblastome/astroglyome
U87 exprimant un faible niveau de Glut1 à la surface cellulaire restent pourtant permissives à l’infection par HTLV-1
[34]. De même, une expression faible ou forte de Glut1 par
les cellules cibles module en retour l’efficacité d’infection
de particules portant les glycoprotéines d’enveloppe de
HTLV-1, sans pourtant affecter leur liaison [35]. Ces données apportaient une première indication de l’implication
d’au moins une autre protéine cellulaire dans l’entrée du
HTLV-1.
NRP-1 est impliquée dans la liaison aux cellules de la
sémaphorine-3A (facteur impliqué dans le guidage axonal), et de la forme majoritaire du facteur de croissance
endothéliale vasculaire (VEGF165 ) [36]. Dans les deux
cas, NRP-1 agit en tant que corécepteur, facilitant la
liaison des deux ligands au récepteur de signalisation,
plexine A dans le cas de la Sema3 et récepteur au VEGF
(VEGF-R) dans le cas du VEGF165 . Au niveau structural, NRP-1 présente trois domaines extracellulaires (a,
b et c), un domaine transmembranaire et un domaine
intracytoplasmique court (figure 3B). Le domaine b est
capable de lier le VEGF165 mais également les chaînes
d’héparanes sulfates, (HS) des HSPG. En 2006, nos laboratoires se sont intéressés à NRP-1 après avoir noté de
forts points communs entre cette protéine et le récepteur du HTLV-1. NRP-1 est en effet hautement conservée
parmi les vertébrés, mais n’a pas d’homologue chez les
insectes [37]. Elle est principalement exprimée par les
cellules T, les DC et les cellules endothéliales, cibles privilégiées du HTLV-1 in vivo. Les DC plasmacytoïdes (pDC),
capables (contrairement aux lymphocytes T) d’être infectées par des particules HTLV-1 libres in vitro expriment
fortement NRP-1 [5]. NRP-1 n’est pas présente sur les
cellules T naïves mais son expression est rapidement
induite lors de leur activation [38]. Enfin, en vertu de
son rôle dans l’angiogenèse, l’expression de NRP-1 est
induite lors de la transformation cellulaire. NRP-1 est
donc exprimée aux niveaux des cellules tumorales in vivo
et donc des lignées de laboratoire établies à partir de
tumeurs [39].
152
Nos équipes ont d’abord montré que NRP-1 est un partenaire physique et fonctionnel de Env [40]. Plus précisément,
Env et NRP-1 interagissent au sein d’un même complexe et
la protéine NRP-1 endogène contribue à la liaison de la SU
à la surface des cellules cibles. En outre, le taux de NRP-1
module la formation de syncytia et l’infection dépendante
de Env du HTLV-1. De façon remarquable, Glut1, NRP-1
et Env forment un complexe ternaire quand elles sont surexprimées dans la même cellule. Enfin, NRP-1 colocalise
avec Env dans les jonctions formées entre lymphocytes T
infectés par HTLV-1 et lymphocytes T cibles (figure 4).
D’autres données de cette étude, confirmées par ailleurs,
montraient également que le VEGF165 , bloque la liaison
et l’internalisation de particules HTLV-1 [41, 42]. Ce premier travail suggérait un lien fonctionnel entre deux des
récepteurs, Glut1 et NRP-1, et mettait en lumière l’existence
d’une compétition entre la SU et le VEGF165 pour la liaison
à NRP-1.
Les HSPG sont des glycosaminoglycanes constitués d’un
squelette protéique sur lequel sont greffées une ou plusieurs chaînes polysaccharidiques de HS, portant une forte
densité de charges négatives (figure 3C) [43]. Ils existent
sous formes ancrées dans la membrane cellulaire par
leurs domaines hydrophobes ou bien libres dans le milieu
extracellulaire. Leur expression ubiquitaire et leur capacité à interagir avec tout ligand chargé positivement leur
confèrent un rôle primordial dans l’attachement aux cellules de nombreux composants extracellulaires, notamment
les particules virales [44]. L’interaction avec les HSPG
permet non seulement l’adsorption des particules virales
à la surface mais également leur agrégation, augmentant ainsi l’avidité des interactions ultérieures. Citons par
exemple, la syndécane-3, capable de capturer spécifiquement les particules VIH-1, augmentant ainsi la survie
des particules virales et favorisant la transmission aux
cellules T [45].
Une première étude a montré que la déplétion enzymatique des HSPG de la surface des cellules cibles diminue de
façon très importante la liaison de la SU [46]. Ces résultats
étaient néanmoins délicats à interpréter dans la mesure où
les cellules T CD4 + non activées expriment peu ou pas de
HSPG. Cela fut clarifié par une étude ultérieure montrant
que l’expression des HSPG augmente au cours de la phase
de prolifération des lignées cellulaires T ou des lymphocytes T primaires activés [47]. Bloquer l’interaction avec
les HSPG ou retirer chimiquement les chaînes d’HS à la
surface des lymphocytes T activés ou des lignées T inhibe
presque totalement la liaison de la SU ainsi que la liaison et
l’internalisation de particules virales HTLV-1. Ces résultats
identifient donc les HSPG comme des acteurs à part entière
de l’entrée du HTLV-1.
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revue
NRP1
C91/PL
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PBMC
5 µm
NRP1/Env
5 µm
NRP1/GLUT1
5 µm
5 µm
Figure 4. NRP-1 et Glut-1 colocalisent au niveau de la jonction membranaire formée entre un lymphocyte T cible (PBMC) et un lymphocyte
T chroniquement infecté par le HTLV-1 (C91/PL). La marquage par immunofluorescence de NRP-1 (rouge), Glut1 (bleu) et Env (vert) dans
des cellules fixées et perméabilisées montre la colocalisation de NRP-1 et Glut1 à la membrane de la cellule cible en face d’une zone
membranaire de la cellule infectée enrichie en glycoprotéines d’enveloppe virales (Env). Les points de colocalisation NRP-1/Env et NRP1/Glut1 apparaissent respectivement en jaune et blanc. Image publiée dans [40] (copyright : American Society for Microbiology. J Virol
2006 ; 80 (14) : 6844-54. doi: 10.1128/JVI.02719-05).
L’entrée du HTLV-1 :
un ménage à trois ?
Les données présentées ci-dessus suggèrent un rôle prépondérant des HSPG dans l’attachement de la particule virale
à la surface de la cellule cible. Les propriétés de Glut1 et
de NRP-1 les identifient comme partie intégrante du récepteur. Il reste néanmoins, à définir l’implication de ces trois
acteurs dans les étapes successives de liaison et de fusion
mises en place lors de l’entrée.
De ce point de vue, il est remarquable que ces trois récepteurs soient capables d’interagir deux à deux. Ainsi, comme
mentionné précédemment, Glut1 et NRP-1 forment un
complexe en présence des glycoprotéines d’enveloppe du
Virologie, Vol 16, n◦ 3, mai-juin 2012
HTLV-1 [40]. Par ailleurs, HSPG et NRP-1 forment également des complexes puisque les chaînes d’héparanes
sulfates sont capables de se lier au domaine b de la NRP-1
[48].
La relation entre NRP-1 et l’héparine (ou les chaînes
d’héparanes sulfates) et la liaison du VEGF165 sont complexes et méritent d’être explicitée plus en détails. In vitro,
l’héparine/HS favorise la dimérisation de NRP-1 mais également son interaction avec son ligand, VEGF165 . En outre,
il a été montré que la formation des complexes HSPG/NRP1/VEGF165 est nécessaire pour le recrutement du récepteur
de signalisation, VEGFR-2. Les HSPG forment donc un
pont entre le VEGF165 (impliquant la séquence codée
par l’exon 7 du gène vegf) et NRP-1 (domaine b). Par
153
revue
Domaine de
liaison directe à
NRP-1
Domaine de
liaison à Glutl
Domaine de liaison aux HSPG
90 94 106 114
RBD
1
24
215
PRR
180
90
215
313
CTD
313
94
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WIKKPNRN
HTLV-1 SU
Exon 8 VEGF165 CDKPRR
Figure 5. Les régions de la SU du HTLV-1 impliquées dans l’entrée
virale. La SU du HTLV-1 est composée de 313 résidus et est organisée en trois domaines, positionnés après le peptide signal (résidus
1-24): le domaine de liaison au récepteur (RBD, receptor binding
domain, résidus 25-180), une région riche en prolines (résidus 181215) et un domaine C-terminal (CTD, résidus 216-313). Les régions
d’interactions avec les HSPG, NRP-1 et Glut1 sont indiquées. Un
alignement montrant l’homologie entre la région 90-94 de la SU et
le domaine codé par l’exon 8 du gène vegf est également présenté.
ailleurs, il existe une interaction directe entre le VEGF165 et
NRP-1. Celle-ci implique la séquence C-terminale du
VEGF165 codée par l’exon 8 du gène vegf (séquence CDKPRR, figure 5) [48].
Dans le cas du VEGF165 , on trouve donc un mécanisme
de liaison à trois récepteurs, dans lequel l’association
HSPG/NRP-1 favorise la liaison d’un ligand (VEGF165 )
à un troisième récepteur (VEGF-R2), analogie frappante
avec le modèle du HTLV-1 où les HSPG et NRP-1 lient
tous deux le même ligand (SU) et où un troisième récepteur
(Glut1) est également en jeu. En nous basant sur cette homologie fonctionnelle, et sachant que l’existence de complexes
SU/HSPG était déjà démontrée, nous avons recherché si la
SU du HTLV-1 possédait un motif similaire à la séquence
exon 8 du VEGF165 . Nous avons effectivement trouvé ce
motif (aa 90-94 de la SU, séquence KKPNR, figure 5) et
montré qu’un peptide de la SU comprenant ce motif était
capable de se lier directement à NRP-1 in vitro [42]. Au
niveau fonctionnel, nous avons mis en évidence que des
peptides mimant :
– le domaine de liaison du VEGF165 aux HSPG exon-7 ;
– l’exon 8 du VEGF165 ;
– la région 90-94 de la SU (exon 8 « like »), bloquent la
liaison et l’internalisation de particules HTLV-1 dans des
lymphocytes T ainsi que le transfert de particules HTLV-1
entre DC et lymphocytes T [5, 42].
Ces données, nous ont permis de démontrer l’existence
d’un mimétisme moléculaire entre la SU du HTLV-1 et le
VEGF165 , deux ligands liant donc NRP-1 par les mêmes
mécanismes.
154
Ces résultats mettent en avant l’importance de la région
90-94 de la SU dans l’entrée du HTLV-1. Notons que nos
travaux précédents, réalisés bien avant l’identification des
récepteurs, avaient déjà désigné l’acide aminé 94 de la SU
(R94) comme un des résidus critiques pour les fonctions de
Env [49]. Nos données actuelles fournissent l’explication
moléculaire pour ces observations, en montrant que R94 est
en fait au cœur d’une région de liaison à un des récepteurs
d’entrée (figure 5). Mentionnons en outre, que la région 9094 de la SU avait été préalablement décrite comme capable
de générer des anticorps neutralisant l’entrée du virus [50].
Le domaine minimal de liaison au récepteur de la SU de
HTLV-1 a été délimité aux 180 premiers acides aminés de la
SU [15]. En accord avec cette conclusion, les données plus
récentes montrent que ce domaine contient les cinq résidus important pour la liaison directe à NRP-1 (KKPNR, aa
90-94) ainsi que les deux résidus définis comme critiques
pour la liaison à Glut1 (D106 et Y114) [31]. Cependant, la
liaison de la SU à la surface cellulaire est largement dépendante de son interaction avec les HSPG, qui fait intervenir
le domaine C-terminal de la SU [17]. Ainsi les interactions Env/cellules cibles font bien intervenir le RBD, partie
N-terminale de la SU, mais également la région C-terminale
portant le domaine de liaison aux HSPG (figure 5).
Un autre point important à discuter concerne les modalités
de liaison du H1-RBD, d’une part, et de la SU complète ou
des particules virales elles-mêmes, d’autre part. Si la surexpression d’une forme étiquetée de Glut1 augmente de façon
très importante la liaison du H1-RBD à la surface des cellules [31], elle a peu d’effet sur la liaison de la SU ou des
particules virales [40, 51]. Ces données sont compatibles
avec l’existence d’un changement de conformation induit
par la liaison de la SU à NRP-1, qui rendrait possible son
interaction avec Glut1. On retrouverait ainsi un mécanisme
proche de celui mis en place lors de l’entrée du VIH-1,
dans lequel la liaison à CD4 déclenche un changement de
conformation nécessaire à la liaison au co-récepteur. Le H1RBD, version tronquée de la SU, pourrait représenter une
forme « préactivée de la SU » capable de se lier directement à Glut1, sans interaction préalable avec le récepteur
de liaison.
Un modèle séquentiel
pour l’entrée du HTLV-1
En se basant sur le modèle du VIH-1 et sur l’ensemble
des données décrites ci-dessus, il est possible d’élaborer un
modèle séquentiel rendant compte de l’entrée du HTLV-1
dans une cellule cible (figure 6). Durant la phase initiale
d’adsorption des particules virales, la partie C-terminale de
la SU interagit avec les HSPG. Parallèlement, la liaison des
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revue
A-ATTACHEMENT = Interaction de la SU avec les HSPG
Particule
HTLV-1
TM/gp21
Env (gp61)
SU/gp46
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Milieu
extracellulaire
Membrane plasmique
HSPG
Glut1
NRP-1
B-LIAISON = Interaction des complexes
HSPG/SU avec NRP-1
C-CHANGEMENTS DE CONFORMATION = Interaction SU/Glut1,
déplacement de la SU, exposition du peptide de fusion
Peptide de fusion
D-ANCRAGE DU PEPTIDE DE FUSION = Fusion des
membranes virale et cellulaire
E-FORMATION DU PORE = Elargissement du pore et
libération de la nucléocapside dans le cytoplasme
Figure 6. Un modèle à trois récepteurs pour l’entrée du HTLV-1. A) La particule HTLV-1 s’attache à la surface de la cellule cible via
l’interaction de la SU/gp46 avec les chaînes d’HS des HSPG. Dans le cas du HTLV-1 qui se transmet entre lymphocytes T uniquement par
contact cellule-cellule, cela s’applique aux particules libérées dans l’espace synaptique ou enchâssées dans les biofilms. B) L’interaction
subséquente des HSPG avec le domaine b de NRP-1 facilite l’interaction SU/NRP-1, ensuite stabilisée par la liaison directe de la SU
grâce à son motif « exon 8-like ». C) La liaison stable de la SU à NRP-1 induit le changement de conformation permettant le recrutement
de Glut1 aboutissant au démasquage de la TM/gp21 et de son peptide de fusion. D) Le peptide de fusion s’ancre dans la membrane de
la cellule cible et induit la fusion des membranes virale et cellulaire. E) Le pore s’élargit et permet la libération de la nucléocapside du
HTLV-1 dans le cytoplasme.
chaînes d’héparanes sulfates au domaine b de la NRP-1 permet un rapprochement entre les complexes Env/HSPG et
NRP-1. La SU serait donc en position de lier NRP-1 par les
deux types d’interaction décrits pour le VEGF165 , indirecte
Virologie, Vol 16, n◦ 3, mai-juin 2012
(via les HSPG) et directe (via la région « exon 8-like » de la
SU). Ces interactions induiraient des changements conformationnels de la SU permettant l’exposition du RBD, dont
le résidu important Y114, et son interaction subséquente
155
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revue
avec Glut1 (figure 6). La liaison de Glut1 permettrait alors
le déplacement de la SU donc l’exposition du peptide de
fusion de la TM et déclencherait le processus final de fusion.
Ce modèle est compatible avec les données obtenues avec
les lymphocytes T et les DC. Il reste à définir s’il s’applique
également aux autres cellules cibles.
Dans le modèle soutenu par nos données, les complexes
HSPG/NRP-1 représentent le récepteur de liaison et Glut1,
le récepteur de fusion. Les HSPGs, quant à eux facilitent
les premières phases du processus en favorisant la transition entre attachement des virions à la surface cellulaire et
liaison de ceux-ci à NRP-1. Un point intéressant à mentionner ici est le fait que les biofilms décrits pour permettre la
transmission cellule-cellule du HTLV-1 contiennent différentes protéines cellulaires dont des protéoglycanes [10].
En plus d’un effet de concentration, la fixation des virions
sur les biofilms pourrait donc également préparer l’étape
d’entrée en favorisant la formation des complexes SU/HS
ayant une forte affinité pour le récepteur de liaison NRP-1.
La caractérisation des récepteurs et l’établissement de ce
modèle d’entrée permet également de revisiter la relation
entre la nature des récepteurs d’entrée du HTLV-1 et son
tropisme in vivo. Comme mentionné précédemment, les
protéines d’enveloppe du HTLV-1 se lient à presque toutes
les lignées cellulaires de laboratoire alors que le tropisme du
virus est bien plus restreint in vivo. Les HSPG et Glut1 sont
exprimés de manière ubiquitaires et peuvent donc difficilement rendre compte de ce tropisme limité. En revanche,
NRP-1 n’est pas exprimée de façon ubiquitaire mais est
présente à la surface des cellules endothéliales, des lymphocytes T activés et des DC, toutes des cibles du virus
in vivo. En outre, l’expression de NRP-1 est induite lors de
la transformation cellulaire, rendant son expression presque
ubiquitaire dans les lignées cellulaires établies. L’ensemble
de ces données sont compatibles avec l’idée que le tropisme
du HTLV-1 est étroitement lié au niveau d’expression de la
NRP-1.
Conclusions
La découverte des rôles de Glut1, NRP-1 et HSPG dans
l’entrée du HTLV-1 a éclairci l’un des plus longs mystères
du domaine et apporte une vision nouvelle de la relation
HTLV-1/cellules cibles. Des études supplémentaires sont
évidement nécessaires pour mieux définir le rôle précis
des composants de ce « ménage à trois » mais également
comprendre l’impact des interactions virus/récepteurs in
vivo. En effet, on peut d’ores et déjà s’interroger sur les
conséquences sur la physiopathologie de l’infection par le
HTLV-1 des compétitions entre la SU et les ligands naturels
de NRP-1. L’identification des récepteurs ouvre également
156
de nouvelles pistes cliniques puisque, comme dans le cas
du VIH-1 [52], les récepteurs d’entrée du HTLV-1 et les
domaines fonctionnels de Env seront des cibles de choix
pour le développement de nouvelles molécules capables de
bloquer la propagation virale in vivo.
Remerciements. nous tenons à remercier Laurence Bénit
pour la relecture de ce manuscrit et la Fondation cent pour
sang la vie ainsi que la Ligue contre le cancer (Comité de
Paris) pour son soutien financier.
Conflits d’intérêts : aucun.
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