1ère structure tridimensionnelle d’une protéine de fusion entre cellules 

Après dix années de recherche, les laboratoires du Professeur Félix Rey à l’Institut Pasteur (Paris) et du Professeur Benjamin Podbilewicz au Technion (Israël) viennent de décrire la première structure tridimensionnelle (c’est à dire, l’organisation spatiale des atomes au sein de la molécule) d’une protéine responsable de la fusion entre cellules. Ce travail, publié dans le dernier numéro de la revue Cell, apporte des renseignements essentiels à la compréhension du mécanisme d’action de ces protéines fusogènes.

 

eff-1.jpgLa fusion cellulaire a lieu au cours de processus physiologiques très variés : la fécondation (fusion des gamètes, ou fusion d’un spermatozoïde avec un ovule), la genèse des muscles et des os, mais aussi la régénération de tissus après blessure. Elle est également impliquée dans des processus pathologiques tels que le cancer, lorsque la fusion de cellules tumorales avec des cellules saines conduit à la formation de métastases. Malgré l’importance de ces processus, très peu d’informations existaient, au niveau moléculaire, sur les mécanismes qui permettent à ces protéines d’assurer leur fonction fusogène. Cette étude a été conduite sur un organisme modèle, le nématode Caenorhabditis elegans (un ver parasite), dont la protéine EFF-1 assure la fusion des cellules de la peau lors de son développement embryonnaire. EFF-1 est la première protéine de fusion cellulaire à être ainsi finement caractérisée. Sa structure a été déterminée par cristallographie en utilisant les rayonnements du synchrotron SOLEIL (à St Aubin, près de Paris), du synchrotron suisse (SLS, près de Zurich) et du synchrotron européen (à Grenoble).

 

Une homologie surprenante avec le virus chikungunya

Le résultat le plus surprenant de cette étude est que la structure d’EFF-1 est très proche de celle des protéines d’enveloppe de certains virus, telles que celles du virus chikungunya ou du virus de la dengue que le laboratoire de Félix Rey à l’Institut Pasteur a précédemment décrites. Ces virus sont entourés d’une membrane lipidique dans laquelle sont ancrées des protéines d’enveloppe virales responsables de la fusion entre les membranes du virus et de ses cellules cibles, ce qui permet au virus d’envahir la cellule.

 

La comparaison des structures d’EFF-1 et de ces protéines d’enveloppe virales montre clairement qu’il s’agit de protéines homologues, c’est à dire qui dérivent d’un même gène ancestral dont se sont emparés virus et cellules pour accomplir la même fonction : la fusion des membranes. Ce résultat illustre l’importance des échanges de matériel génétique qui s’opèrent entre virus et cellules. Ces évènements ont constitué un des moteurs de l’évolution des espèces et ont contribué à l’apparition d’organismes multicellulaires.

 

L’exemple de la syncytine

Ces résultats ouvrent la voie à l’identification de nouvelles protéines responsables de processus de fusion chez les humains, qui pourraient, elles aussi, avoir des liens avec des protéines virales. Le seul exemple connu à ce jour est celui de la syncytine, protéine responsable de la formation du placenta par fusion cellulaire chez les humains et autres mammifères. Des études avaient montré que la syncytine est la protéine d’enveloppe d’un rétrovirus dont les gènes se sont intégrés dans le chromosome des cellules de la lignée germinale – c’est à dire des cellules générant les gamètes, qui transmettent l’information génétique aux générations futures. L’intégration du matériel génétique de ce virus dans le génome de la cellule aurait permis l’apparition d’un placenta fonctionnel et aurait ainsi favorisé l’émergence des mammifères.

 

 

Source

Structural basis of eukaryotic cell-cell fusion, Cell, Volume 157, Issue 2, 10 avril2014,

 

Jimena Pérez-Vargas 1,2,8,9, Thomas Krey 1,2,8, Clari Valansi 3, Ori Avinoam 3,10, Ahmed Haouz4, Marc Jamin 5,6,7, Hadas Raveh-Barak 3, Benjamin Podbilewicz 3 and Félix A. Rey 1,2

 

1 Institut Pasteur, Unité de Virologie Structurale, Paris, France

2 CNRS UMR 3569, Paris, France

3 Technion- Israel Institute of Technology, Department of Biology, Haifa, Israel

4 Institut Pasteur, Protéopole - Plate-forme de Cristallogenèse, CNRS UMR 3528, Paris, France

5 Université Grenoble Alpes, UVHCI, Grenoble, France

6 CNRS, UVHCI, Grenoble, France

7 Unit for Virus Host-Cell Interactions, Université Grenoble Alpes-EMBL-CNRS, Grenoble, France

 

Mis à jour le 25/04/2014