Le document présente un rapport bibliographique sur la formation du complexe glycoprotéique du VIH-1, en décrivant des processus tels que la synthèse, le clivage des protéines gp120 et gp41, et l'importance de leurs interactions pour l'infection virale. Il souligne les défis de développement d'un vaccin efficace contre le VIH-1, en mettant l'accent sur la nécessité d'induction d'anticorps neutralisants à large spectre dirigés contre les protéines d'enveloppe. Enfin, il aborde les modifications post-traductionnelles et la stabilisation des complexes d'enveloppe comme des aspects cruciaux pour la recherche vaccinale.

1. BRANCHE Emilie Janvier 2009
Rapport bibliographique
Master 2 : Génétique fonctionnelle et pathologie cellulaire
(25 170 caractères)
Formation du complexe glycoprotéique
du VIH-1 en présence ou non de
l’interface gp120/gp41
Institut de Biologie et Chimie des Protéines
Unité Mixte de Recherche n° 5086 - CNRS / Université Lyon 1
7, Passage du Vercors - F-69367 Lyon Cedex 07
Responsable : Mr.VERRIER

2. 1
Sommaire
Abbréviations ……………………………………………………………………………..p.2
Introduction………………………………………………………………………………...p.3
Partie I : Synthèse du complexe glycoprotéique d’enveloppe.
A- Synthèse du précurseur et modifications post traductionnelles………….p.6
B- Assemblage des sous-unités gp120 et gp41…………………………………p.8
C- Importance des domaines transmembranaire et
cytoplasmique de la gp41...……………………………………………………p.8
Partie II : Stabilisation de l’interface gp120-gp41 par création de liaisons covalentes.
A- Nécessité de délétion du domaine transmembranaire et cytoplasmique de
la gp41………………………………………………………………………….p.11
B- Stratégie évolutive de stabilisation : modèle SOS…………………………p.12
C- Antigénicité et immunogénicité du complexe stabilisé…………………...p.14
Partie III : Cas des protéines de fusion gp120/gp41 et gp120/∆gp41.
A- Stratégies de modification du site de clivage dans un contexte gp160 ou
gp140..………………………………………………………………………….p.16
B- Stabilité et incorporation dans un virion des protéines de fusion gp160 ou
gp14. ………………………………………………………………………… . p.17
C- Antigénicité et immunogénicité des protéines de fusion, stabilisées……p.18
Conclusions et perspectives……………………………………………………………..p.20
Références…………………………………………………………………………………p.22

3. 2
Abbreviations
Ac: anticorps
AcN: anticorps neutralisants
CCR5: C-C chemokine receptor 5
CD4: cluster of differentiation 4
CD4i : CD4 induced (épitopes induits par la liaison du CD4)
CHR : C-terminal heptad repeat
C-terminal : extrémité carboxyterminale
CT : domaine cytoplasmique
CXCR-4:C-X-C chemokine receptor 4
env : enveloppe (gène)
Env : enveloppe (protéine)
GP: glycoprotéine
gp41: glycoprotéine 41
gp120: glycoprotéine 120
gp140: glycoprotéine 140 (gp120/∆41)
gp140unc: glycoprotéine 140 soluble non clivée
gp140SOS : glycoprotéine 140 soluble stabilisée par des ponts disulfure
gp160: glycoprotéine 160 (précurseur)
LTR: long terminal repeat
MPER : région externe de la gp41 proche de la membrane
N-terminale : extrémité aminoterminale
NHR : N-terminal heptad repeat
PP : pseudo-particules
PR : région polaire de la gp41
RE : réticulum endoplasmique
SIDA: syndrome de l’immunodéficience acquise
SP : peptide fusion de la gp120
TCLA : souche VIH de laboratoire (T-cell laboratory adapted)
TM : domaine transmembranaire
VIH : Virus de l’immunodéficience humaine
VLP : virus-like particules

4. 3
Introduction
Le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1) est un lentivirus de la
famille des rétrovirus. Il a été isolé pour la première fois en 1983 et identifié comme
l’agent causal du syndrôme de l’immunodéficience acquise (SIDA).
Le VIH-1 a un génome à ARN positif simple brin composé de neuf gènes (Figure 1).
Les trois principaux, gag pol et env, codent pour des protéines qui définissent en
partie la structure et sont communs à tous les rétrovirus. Les six autres sont des
gènes régulateurs (tat, rev et nef) et accessoires (vif, vpr et vpu).
Figure 1 : A) Organisation génétique et protéique du VIH-1. Les gènes sont en
italique. B) Le gène env code pour un précurseur protéique gp160 qui après
maturation donne une sous-unité gp120 de surface et une gp41 transmembranaire.
Ce génome est protégé par une nucléocapside, elle-même entourée par une capside
composée de protéines p24. Puis, il y a la matrice protéique composée de protéines
p17. Une enveloppe, composée de restes de la membrane des cellules infectées, dans
laquelle sont ancrées les glycoprotéines (GP) d’enveloppe virale dont une gp41,

5. 4
transmembranaire, et une gp120 de surface liée à la précédente de façon non
covalente, entoure l’ensemble (Figure 2).
Figure 2 : Structure générale de la particule virale du VIH-1
Le SIDA reste un problème majeur de la santé publique à travers le monde : d’après
ONUSIDA, le nombre de personnes vivant avec le VIH à la fin de l’année 2007 était
estimé à 33,2 millions. De plus la situation s’aggrave de jours en jours avec
l’émergence de nouveaux virus résistants aux médicaments et le nombre toujours
élevé de néo-infections (2,7 millions en 2007 d’après ONUSIDA).
Il y a donc un besoin urgent de trouver un vaccin anti-VIH efficace. Le principal
problème dans les efforts effectués pour trouver ce vaccin est l’incapacité à faire un
immunogène qui génère des anticorps neutralisants (AcN) à large spectre. Les AcN
inhibent l’entrée du virus dans les cellules cibles, en empêchant par exemple la
liaison de la GP d’enveloppe avec le récepteur (CD4) ou avec le co-récepteur (CCR5
ou CXCR4). Et les AcN à large spectre sont efficaces dans différents isolats primaires
de VIH-1. Ces AcN ont été trouvés dans le sérum de quelques patients infectés par le
VIH-1 et ils sont au nombre de six : 2G12, b12, 447-52D, 2F5, 4E10 et Z13. Cependant
l’apparition de ces AcN à large spectre est tardive et rare chez les patients
séropositifs. L’objectif d’un vaccin prophylactique pourrait être l’induction de ces
AcN à large spectre.

6. 5
La GP est le seul composant viral exposé à la surface des virions et représente la cible
des AcN, 2G12, b12 et 447-53D dirigés contre la gp120 et 2F5, 4E10 et Z13 contre la
gp41. Ainsi la GP d’enveloppe du VIH-1 est un immunogène de choix pour
l’induction des AcN.
Les premiers immunogènes d’enveloppe produits ont dans un premier temps donné
lieu à des résultats prometteurs. Ces immunogènes correspondaient à la gp120
monomérique, puisque exprimée seule, cette protéine est incapable de s’oligomériser
[1]. Les Ac dirigés contre la gp120 permettaient de neutraliser l’infection des cellules
en culture par des souches virales de laboratoire. Cependant, il est apparu très vite
que si ce vaccin induisait des Ac capables de neutraliser l’infection des cellules par
des souches de VIH-1 adaptées à la culture (TCLA), ces anticorps se révélaient
incapables de neutraliser des virus primaires. La difficulté d’induction des réponses
humorales neutralisantes dirigées contre des isolats primaires du VIH-1 avec cet
immunogène [2] est sûrement due au fait que la structure antigénique de la protéine
gp120 ne mime pas le trimère fonctionnel de la protéine d’enveloppe du VIH-1 [3].
En effet, des différences significatives ont été observées entre les propriétés
antigéniques et immunogéniques d’une enveloppe native présente à la surface des
virions et une protéine gp120 monomérique [4]. Les Ac induits après immunisation
de souris avec le monomère gp120 reconnaissent moins efficacement la GP
d’enveloppe trimérique fonctionnelle que le monomère gp120 [2], confirmant la
différence structurale et conformationnelle entre le trimère d’enveloppe natif et le
monomère gp120. Tout ceci nous montre bien la nécessité d’utiliser la forme
trimérique du complexe d’enveloppe pour l’induction d’AcN à large spectre.

7. 6
Partie I : Synthèse du complexe glycoprotéique
d’enveloppe
A-Synthèse du précurseur et modifications post-
traductionnelles.
La GP d’enveloppe est codée par le gène env en un précurseur glycoprotéique, la
gp160 qui est clivée par des endoprotéases cellulaires de la famille des furines au
niveau d’un site Arg-Glu-Lys-Arg↓ pour former les deux sous-unités qui composent
la GP d’enveloppe : la gp120, la sous-unité de surface liant la gp41,
transmembranaire [5] (Figure 3).
Figure 3 : Représentation
schématique du précurseur
gp160.
A) Dans la gp120 : le peptide
signal, les cinq régions constantes
(C1, C2, C3, C4, C5) ainsi que les
cinq boucles variables (V1, V2, V3,
V4, V5).
Dans la gp41 : le peptide fusion, la
région polaire (PR), la N-terminal
heptad repeat (NHR), la C-
terminal heptad repeat (CHR), la
région externe proche de la
membrane (MPER), le domaine
transmembranaire (TM) et la
queue cytoplasmique (CT). B) Le
peptide signal est indiqué en noir
(SP). La glycoprotéine de surface
gp120 est indiquée en bleu (les
régions conservées en bleu foncé (C1-C5) et les boucles variables en bleu clair (V1-V5)). La
glycoprotéine transmembranaire gp41 est représentée en gris et contient une boucle formée par un
pont disulfure. Les sites de glycosylation sont représentés en noir. Les résidus cystéines sont
numérotés et indiqués en rouge, ainsi que les ponts disulfure.
Après la synthèse de la chaine polypeptidique, le précurseur gp160 est fortement
glycosylé (1) durant le passage à travers le réticulum endoplasmique (RE) [5]. Il existe

8. 7
des O et des N-glycosylations ; mais on retrouve majoritairement des N-
glycosylations, dans la gp160, présentes sur un site précis Asn-X-Ser/Thr (où X
représente un acide aminé quelconque sauf une proline) [6]. Certaines N-
glycosylations facilitent la génération de ponts disulfure (2) afin que le précurseur ait
la bonne conformation et d’autres sont impliquées dans le masquage d’épitopes [7].
Dans le RE, le précurseur est aussi trimérisé via des interactions non covalentes entre
les parties gp41 (3). Puis des endoprotéases de la famille des furines clivent ce
précurseur gp160 en gp120 et gp41 dans le trans golgi (4). Le complexe d’enveloppe
fonctionnel est un homotrimère d’hétérodimères contenant trois sous-unités gp120 et
trois sous-unités gp41 associées par des liaisons non covalentes. Ces complexes
d’enveloppe complètement maturés sont ensuite transportés à la surface cellulaire (5),
grâce à la séquence signal se trouvant dans la région N-terminale de la gp120, où ils
sont incorporés dans les virions bourgeonnants (6) (Figure 4).
Figure 4 : Cinétique de maturation de la GP d’enveloppe du VIH-1

9. 8
B-Assemblage des sous-unités gp120 et gp41.
L’association entre les sous-unités gp120 et gp41 implique des interactions non
covalentes essentiellement entre des résidus de l’ectodomaine de la gp41 [8] et des
résidus des structures discontinues de la gp120 comprenant notamment les
extrémités N et C terminales [7, 9]. Deux études récentes confirment l’interaction
entre l’ectodomaine de la gp41 et les régions C1 et C5 de la gp120 [10, 11].
Le complexe d’enveloppe joue un rôle important dans les étapes précoces de
l’infection par le VIH-1 ; la gp120 se lie au récepteur des cellules cibles (CD4) puis au
co-récepteur (CCR5 ou CXCR4), entraînant des changements de conformation de la
GP, menant à l’exposition du peptide fusion de la gp41. Cette étape permet à la
membrane du virion de fusionner avec la membrane de la cellule afin d’expulser la
capside contenant le matériel génétique et les enzymes nécessaires à la réplication
virale (transcriptase inverse, intégrase) [12].
L’importance de l’assemblage de la gp120 et de la gp41 est illustrée par les deux
fonctions principales de la GP d’enveloppe. D’une part, la gp120 protège la gp41 des
AcN lors des étapes précoces de l’infection. D’autre part, la labilité de cette
interaction permet à la gp120 de se libérer très facilement des virions et ainsi de
leurrer le système immunitaire. On remarque que si les gp41 des isolats primaires
ont une grande capacité à retenir la gp120, un certain pourcentage est malgré tout
libéré dans le milieu extracellulaire. Cette labilité pose un réel problème pour la
conception d’immunogène stable utilisant un complexe gp120-gp41, c’est pour cela
que différentes stratégies ont été mises en place afin de stabiliser cette interface.
C- Importance des domaines transmembranaire et
cytoplasmique de la gp41.
Le domaine transmembranaire (TM) de la gp41 est composé de 22 acides
aminés, hautement conservés dans les différents isolats du VIH-1, ancrés dans la
bicouche lipidique. Cette région joue un rôle important dans la fusion puisque la

10. 9
délétion de cette région inhibe la fusion de la membrane du virus avec celle de la
cellule [13]. Dans les études précédentes, la délétion du domaine transmembranaire
s’accompagnait forcément de celle du domaine cytoplasmique, récemment le
domaine transmembranaire a été substitué par celui du virus influenza, permettant
ainsi de conserver le domaine cytoplasmique. Ceci a confirmé, que cette partie était
directement impliquée dans la formation d’une protéine d’enveloppe compétente
pour la fusion [14].
La partie adjacente au domaine transmembranaire, la région externe proche de
la membrane (MPER) joue également un rôle dans le processus de fusion et par
conséquent dans l’entrée virale. Elle se compose de 23 acides aminés dont la
séquence est très conservée au sein des différents isolats du VIH-1. Cette région est
importante pour la conception d’un immunogène vaccinal puisqu’elle est la cible de
deux AcN, 4E10 et 2F5 (Figure 5). Ces deux AcN reconnaissent des épitopes linéaires,
2F5 en N-terminale et 4E10 en C-terminal de la MPER [15].
La queue cytoplasmique des protéines d’enveloppe des rétrovirus est
significativement plus longue que celle des lentivirus, suggérant qu’elle joue un rôle
important. Des études de mutagénèse de cette région ont montré qu’elle pouvait
moduler le niveau de fusion, l’expression de la GP d’enveloppe à la surface et
l’incorporation des protéines matures dans les particules virales [16]. En effet, le fait
de tronquer cette région augmente la fusion et l’expression de la GP d’enveloppe à la
surface cellulaire [17]. Une étude a clairement démontré que le domaine
cytoplasmique via une interaction avec une protéine de la matrice jouait un rôle
important dans l’incorporation de la GP dans les virions bourgeonnants dans
certains types cellulaires. En effet, les résultats obtenus ont démontré que dans la
majorité des lignées cellulaires T et dans les cellules primaires qui servent de cible
naturelle à l’infection du VIH-1 in vivo, la queue cytoplasmique de la gp41 est
essentielle pour l’incorporation efficace dans les virions, puisque la délétion de ce
domaine diminue fortement l’incorporation de GP d’enveloppe [18]. Cette même
étude a également constaté que dans quelques types cellulaires (Hela et MT-4), le fait
de tronquer la gp41 n’a qu’un léger effet sur l’incorporation. Le rôle du domaine

11. 10
cytoplasmique dans l’incorporation est donc dépendant du type cellulaire, suggérant
ainsi que d’autres facteurs joueraient un rôle dans les processus d’incorporation.
Le domaine transmembranaire et la queue cytoplasmique jouent également un rôle
sur la stabilité de la GP d’enveloppe, puisque la délétion d’une partie du domaine
transmembranaire et du domaine cytoplasmique résulte en une diminution de la
stabilité de cette protéine [19].
Figure 5 : Modèle structurale de la GP d’enveloppe du VIH-1 et localisation des
épitopes reconnus par les principaux AcN à larges spectre dont 2F5 et 4E10 dans la
MPER de la gp41.

12. 11
Partie II : Stabilisation de l’interface gp120-gp41 par
création de liaisons covalentes.
A-Nécessité de délétion des domaines transmembranaire
et cytoplasmique de la gp41.
Dans le but de produire des grandes quantités de GP d’enveloppe pour
produire un vaccin sous-unitaire, le complexe d’enveloppe a été exprimé dans
différentes lignées cellulaires, malheureusement ce complexe étant
transmembranaire il est insoluble et délicat à sur-exprimer. Les données précédentes
indiquent l’importance des domaines transmembranaire et cytoplasmique, et on
pourrait facilement en déduire que la délétion de ces deux domaines permettrait
d’obtenir une GP d’enveloppe stable et soluble. Néanmoins, la conception de cette
gp140 (c'est-à-dire gp120/∆gp41) n’a pas été simple puisque la délétion a du être
faite à un acide aminé près. En effet, nous avons vu précédemment que l’épitope de
l’AcN 4E10 se trouvait dans la partie C-terminale de la région MPER, juste en amont
du domaine transmembranaire. Pour l’élaboration d’un immonogène susceptible
d’induire une réponse anticorps neutralisante, il est impensable d’éliminer un
épitope reconnu par un AcN.
Après différents essais, la GP gp120/gp41 délétée précisément du domaine
transmembranaire et cytoplasmique a été créée et a été nommée gp140.
Cette protéine soluble possède la capacité de s’oligomériser. Les oligomères
trimériques gp140 peuvent induire des AcN mais en faible quantité. Cette faible
induction pourrait être dûe au caractère labile de l’association entre gp120 et ∆gp41,
résultant en de multiples formes d’oligomères dans les préparations de gp140 [20].
C’est pour augmenter la stabilité de ce complexe que deux stratégies de stabilisation
ont été développées. L’une utilisant l’ajout de ponts disulfures entre les différentes
sous-unités du complexe d’enveloppe et l’autre éliminant le site de clivage.

13. 12
B- Stratégie évolutive de stabilisation : modèle SOS.
L’instabilité entre les sous-unités gp120 et gp41 joue probablement un rôle essentiel
dans les changements de conformation déclenchés par la liaison de la gp120 avec le
récepteur CD4. Mais cette instabilité pose des problèmes pour l’expression du
complexe d’enveloppe, notamment lorsqu’il s’agit d’exprimer des mutants
démasquant des épitopes. De plus la dissociation de gp120 mène à l’exposition
d’épitopes non neutralisants [21, 22], alors que c’est l’exposition des épitopes
neutralisants ou inhibiteurs qui est recherchée pour la création d’un immunogène.
Cette labilité a nécessité la mise au point de stratégies stabilisantes, comme
l’introduction de ponts disulfure artificiels entre les deux sous-unités afin de créer la
protéine gp140SOS.
La gp140SOS est la première construction qui utilise une stratégie de stabilisation.
Cette protéine recombinante contient des ponts disulfure reliant les deux sous-unités
formant la GP d’enveloppe [7]. L’étude de ces protéines a montré qu’un
positionnement approprié des ponts disulfure est essentiel. En effet, parmi différents
mutants évalués, seule la protéine double mutante ayant des Cystéines aux positions
501 dans la gp120 et 605 dans la gp41 donne un complexe protéique gp120-gp41
stable, correctement replié, ayant des propriétés antigéniques favorables [22].
L’introduction de Cystéines en d’autres positions peut avoir un effet négatif sur le
bon repliement de la protéine ou sur l’efficacité de formation des ponts disulfure [7].
Malgré une réussite dans la stabilisation de l’interface gp120-gp41, la gp140SOS
présente un manque de stabilité au niveau des interactions entre les sous-unités gp41
d’un trimère, puisqu’elle se présente exclusivement sous forme monomérique. Afin
de résoudre ce problème, la substitution d’une Pro par une Ile en position 559 (en N-
terminale de la gp41) en plus de la mutation SOS a permis de créer un complexe
protéique plus stable au sein duquel l’interaction gp41-gp41 est solidifiée [9, 23,1].
Cette nouvelle protéine, appelée gp140SOSIP, est majoritairement exprimée sous
forme trimérique.
Une étude récente a observé que la substitution de 5 résidus présents dans les
gp140SOS ou gp140SOSIP d’un isolat de sous-type B du VIH-1 par ceux d’un isolat

14. 13
de sous-type A (Ile 535 Met, Glu 543 Leu, Ser 553 Asp, Lys 567 Glu et Arg 588 Gly)
réduit l’hétérogénéité des formes oligomériques dans les surnageants de culture [24].
Cette dernière, nommée gp140SOSIP KNH1144, est trimérisée plus efficacement que
la gp140SOSIP. En effet, on observe une réduction importante de la quantité de GP
dimériques et tétramériques à la surface cellulaire alors que la quantité de trimères
reste inchangée [25].
L’évolution des constructions de gp140 stabilisées par des ponts disulfure est
représentée en Figure 6.
Figure 6 : Schéma des différentes constructions de gp140 recombinantes, SOS,
stabilisées par des ponts disulfure. Les ponts disulfure sont représentés en rouge, la
mutation qui a permis la conception de la gp140SOSIP en vert et celles ajoutées dans
la GP140SOSIP KNH1144 en bleu.

15. 14
C- Antigénicité et immunogénicité du complexe stabilisé.
La protéine gp140SOS est clivée et antigénétiquement similaire à la protéine
d’enveloppe native. En effet, les épitopes neutralisants qui sont exposés et les non-
neutralisants qui sont cachés dans la GP d’enveloppe native, le sont également dans
la protéine gp140SOS [7, 22]. La réalisation de différentes immunoprécipitations a
mis en évidence que cette gp140SOS était bien reconnue pas les AcN 2G12, b12, 2F5
et 4E10 mais pas par les Ac non-neutralisants (comme 23A, 2.2B) [26]. Le masquage
des épitopes non-neutralisants peut être la conséquence de la formation de ponts
disulfure, mais ceci est encore discuté. La préservation des épitopes neutralisants
dans les protéines gp140SOS (b12 et 2G12 dans la gp120 et 2F5 et 4E10 dans la gp41)
combinée avec l’élimination des épitopes non-neutralisants est intéressant pour la
mise au point d’un immunogène. Toujours est-il que cette protéine est exprimée sous
forme monomérique. Par conséquent sa structure reste éloignée de celle d’une GP
native. C’est pourquoi des études ont optimisé cette stratégie en créant la
gp140SOSIP [9,23]. Cette protéine présente des propriétés de trimérisation améliorées
[9, 12], et les AcN, b12, 2G12 et 2F5 ont une plus grande affinité pour les formes
trimériques que monomériques [7]. La réactivité de cette protéine a été étudiée, et il a
été observé que la mutation ajoutée dans cette gp140SOSIP n’affectait pas
l’antigénicité par rapport à la gp140SOS. En effet, les épitopes neutralisants comme
2G12, b12, 2F5 et 4E10 sont toujours bien exposés [9]. Des tests d’immunisations ont
été réalisés sur des lapins et il a été observé que cette gp140SOSIP était capable
d’induire une activité neutralisante contre certaines souches du VIH-1, comme SF162
ou NL4/3 ou MN ou encore JR-FL. Cependant cette activité neutralisante varie entre
les lapins immunisés et il est difficile d’induire une réponse neutralisante efficace
dans tous les isolats primaires hétérologues du VIH-1 [12].
Différentes immunoprécipitations ont été réalisées afin d’analyser l’antigénicité de la
gp140SOSIP KNH1144. Les résultats diffèrent sur la capacité de reconnaissance de
cette protéine par les AcN 2F5 et 4E10. Dans une première étude, ces AcN ne sont pas
capable de se lier à la protéine, concernant 2F5, il est expliqué que la séquence de
cette GP recombinante contient un polymorphisme au niveau de cet épitope qui

16. 15
serait suffisant pour empêcher sa reconnaissance [27]. Et dans une deuxième étude,
ces AcN reconnaissent aussi bien cette protéine gp140SOSIP KNH1144 que la
GP140SOS [24]. En revanche, aucune ambigüité n’est observée sur les AcN dirigés
contre la gp120. En effet les épitopes 2g12 et b12 sont parfaitement exposés dans ces
deux protéines.
Ce concept de stabilisation par ponts disulfure est en constante évolution, afin d’être
affiné et amélioré. Par conséquent, la protéine possédant les propriétés antigénique et
immunogénique les plus favorables pour un vaccin sous unitaire est la gp140SOSIP
KNH1144.

17. 16
Partie III : Cas des protéines de fusion gp120 + gp41 et
gp120+ ∆gp41
A-Stratégies de modification du site de clivage dans un
contexte gp160 ou gp140.
Pour augmenter la stabilité du complexe trimérique d’enveloppe, une autre stratégie
est également décrite. Elle consiste en une modification dans le site de clivage
protéolytique afin de fusionner soit la gp120 et gp41 pour obtenir une gp160 non
clivée (gp160unc) soit la gp120 et la ∆gp41(délété du domaine transmembranaire et
cytoplasmique) et ainsi obtenir une gp140 non clivée (gp 140unc).
Le site de clivage des endoprotéases de la famille des furines se trouve dans les
précurseurs gp160 au niveau d’acides aminés spécifiques Arg-Glu-Lys-Arg↓.
Différentes constructions de GP non clivées ont été décrites. Par exemple la
substitution de la séquence lys-Arg-Arg-Val-Val-Gln-Arg-Glu-Lys-Arg-Ala-Val (la
partie c-terminale de la gp120 et les deux premiers résidus de la gp41) par un motif
hexamérique Leu-Arg [7], ou la substitution de la deuxième ou des deux Arg par des
Ser [21, 3], ou encore la substitution de la première Arg par une Ile et de la Lys par
un Gly [26]. Quoi qu’il en soit, toutes ces constructions permettent d’obtenir des
gp160unc ou des gp140unc où les sous-unités de la GP sont fusionnées afin d’avoir
des protéines d’enveloppe stables (Figure 7).
Figure 7 : Evolution des GP non clivées.

18. 17
B-Stabilité et incorporation dans un virion des protéines
de fusion gp160 ou gp140.
Une simple mutation dans le site de clivage est nécessaire et suffisante pour
permettre la formation d’oligomères stables. La trimérisation du précurseur gp160 se
produit avant le clivage, ainsi la modification du site de clivage n’empêche pas
l’oligomérisation de la protéine (Figure 4). La gp140unc est exprimée sous formes
trimérique, monomérique et tétramérique [28].
Bien que la théorie ait longtemps indiqué que seules les protéines d’enveloppe
clivées étaient incorporées dans les virions, des protéines d’enveloppe non clivées
sont capables de former des spicules dans l’enveloppe virale [14, 29]. Les protéines
gp160 non clivées sont donc transportées à la surface cellulaire et incorporées dans
les virions bourgeonnants. Toutefois ces virions seront essentiellement non infectieux
[29].
Les stratégies alternatives pour exposer la GP d’enveloppe du VIH-1 sont en
évolution permanente, la plus récente est l’incorporation de cette GP dans des
pseudo-particules virales comme les virus-like particles (VLP). Ce sont des particules
hautement organisées qui s’auto-assemblent à partir d’un antigène structural dérivé
de virus, comme le précurseur Gag dans le cas des VLP du VIH-1. En effet, il code
principalement pour les protéines de structure de la matrice, de la capside et de la
nucléocapside et est capable de s’auto-assembler en VLP. Dans le but d’induire une
réponse humorale efficace dirigée contre la GP d’enveloppe du VIH-1, Env est
associée à Gag. Ce procédé permet de présenter l’antigène dans une conformation
proche de la conformation native. De plus, la forme particulaire facilite la prise en
charge de ces VLP par les cellules présentatrices de l’antigène. Ces VLP ont donc un
avenir très prometteur dans la recherche d’un vaccin contre le VIH-1.
Concernant la gp140unc, nous avons vu précédemment que la queue
cytoplasmique permettait une incorporation efficace de la GP d’enveloppe dans les
virions bourgeonnants, par conséquent cette GP est assez faiblement incorporée.

19. 18
Mais cette protéine est également délétée du domaine transmembranaire, elle ne peut
donc ni s’ancrer dans une membrane ni être incorporée dans les virions. Ces
protéines étant solubles, elles ne sont pas utilisées dans les VLP ou dans les PP.
C-Antigénicité et immunogénicité des protéines de
fusion stabilisé.
À l’exception de l’anticorps 2G12, les AcN b12, 17b et 2F5 reconnaissent la GP
d’enveloppe non clivée plus efficacement que la GP d’enveloppe clivée [20]. Ce n’est
pas simplement dû à la diminution de la dissociation de la gp120 qui est associée aux
molécules défectueuses pour le clivage. En effet, il semblerait que le clivage
protéolytique entraînerait une conformation de la GP où les différents épitopes
seraient plus efficacement masqués [21]. Cet avantage immunogénique n’est décrit
que dans une publication et est couramment contesté. Il s’avèrerait plutôt que la
protéine 140unc est antigénétiquement et structuralement différente des protéines
clivées [14]. Il y a des épitopes exposés sur la protéine gp140unc qui ne sont pas
exposés sur les virions natifs [7]. De plus les AcN anti-gp120 se lient plus fortement
et plus rapidement aux gp140SOSIP qu’aux gp140unc alors que l’inverse est observé
pour les anticorps non-neutralisants [9, 26]. Deux possibilités peuvent être à l’origine
de ces différences : les épitopes de neutralisation seraient générés seulement après le
clivage protéolytique du précurseur gp160 et/ou l’élimination du site de clivage
perturberait la structure de la protéine d’enveloppe et donc les épitopes
neutralisants. Il apparaîtrait que la suppression du site de clivage altèrerait la
conformation des sous-unités gp120 [7], car la maturation protéolytique permet un
subtil mais néanmoins important ajustement de la conformation de la GP
d’enveloppe [21].
Bien que ces protéines gp140unc soient oligomériques et stable du fait de
l’élimination de l’interface entre gp120 et gp41, on peut se demander si elles miment
vraiment le complexe glycoprotéique d’enveloppe natif et si elles sont de bonnes

20. 19
protéines pour l’élaboration d’un immunogène d’enveloppe susceptible d’induire
des AcN à large spectre.

21. 20
Conclusions et perspectives
Deux types de modifications ont été développées afin de stabiliser le complexe
glycoprotéique d’enveloppe du VIH-1. D’une part, des ponts disulfure ont été
introduits entre les sous-unités gp120 et gp41 formant le complexe. Dans cette
stratégie, différents degrés de stabilisation ont été établis. D’autre part, ces sous-
unités ont été fusionnées par mutation dans le site de clivage. Ces GP recombinantes,
d’un point de vue antigénique et immunogénique, ont des propriétés intéressantes
puisqu’elles sont reconnues efficacement par des AcN (comme 2G12, b12, 2F5 et
4E10) et qu’elles sont capables d’induire ces AcN après administration dans des
modèles animaux. Néanmoins, cette induction n’est pas suffisante pour l’élaboration
d’un candidat vaccin anti-VIH. C’est pourquoi ces modifications stabilisantes sont
aujourd’hui combinées avec d’autres, afin d’exposer au mieux les épitopes des AcN
pour induire fortement ces Ac.
Les plus étudiées sont les délétions de boucles variables ou les déglycosylations de
certains sites de N-glycosylation. En effet, certaines boucles variables de la gp120 et
certains sucres masquent des épitopes qui peuvent avoir un rôle important pour la
neutralisation.
La délétion de boucles variable la plus étudiée est celle de la boucle variable V2
puisqu’elle peut augmenter l’immunogénicité de la GP d’enveloppe du VIH-1 [3, 29].
Concernant les mutations des sites de glycosylations, une étude récente a observé
que des macaques immunisés avec un immunogène d’enveloppe délété de cinq
glycanes montraient clairement une meilleur réponse humorale neutralisante que les
animaux immunisés avec la protéine sauvage [30].
Une autre étude a été réalisée sur une GP d’enveloppe mutée sur quatre sites de
glycosylation et délétée de la boucle V2. On constate que les AcN à large spectre 447-
52D, 2F5 et b12 se lient fortement à ces mutants [31]. On peut donc penser que les
boucles variables et les glycanes interagissent fortement, modifiant ainsi les
propriétés d’antigénicité.
Le complexe glycoprotéique d’enveloppe du VIH-1 offre tout un panel de mutations
possibles qui permettent d’augmenter son antigénicité mais surtout son

22. 21
immunogénicité. Mais les plus prometteuses sont les mutations sur le manteau de
glycanes. Les recherches doivent donc être poursuivies afin de trouver quelle(s)
mutation(s) ou quelle(s) combinaison(s) de mutations seraient les plus appropriées
pour la conception d’un immunogène capable de neutraliser différents isolats du
VIH. Mon rapport technique aura justement pour objectifs d’étudier l’influence de
certaines mutations de sites de glycosylation dans un contexte gp140unc.

23. 22
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