Voici comment un Nanobody neutralise un virus de plante !

Publié par Adrien le 08/06/2020 à 09:00
Source: CNRS INSB
Les scientifiques ont déterminé la structure atomique par cryo-microscopie électronique d'un complexe entre le Grapevine fanleaf virus (GFLV), un pathogène majeur de la vigne responsable de la maladie du court-noué et un fragment d'anticorps neutralisant de camélidés communément appelé Nanobody. La connaissance de cette structure permet de mieux comprendre la façon dont le Nanobody agit pour neutraliser le virus (Un virus est une entité biologique qui nécessite une cellule hôte, dont il utilise les constituants pour se multiplier. Les virus existent sous une forme...) dans la plante (Les plantes (Plantae Haeckel, 1866) sont des êtres pluricellulaires à la base de la chaîne alimentaire. Elles forment l'une des subdivisions (ou règne) des Eucaryotes. Elles...) et révèle le mécanisme de contournement impliquant des mutations en surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent...) du virus. Ce travail est publié dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences, USA.

La maladie (La maladie est une altération des fonctions ou de la santé d'un organisme vivant, animal ou végétal.) du court-noué de la vigne (Les vignes sont des lianes de la famille des Vitaceae. Ce sont des plantes du genre Vitis largement cultivées pour leur fruit en grappes, le raisin, dont on...) est d'origine virale. Elle affecte gravement les rendements et la pérennité de nombreux vignobles de par le monde (Le mot monde peut désigner :) et particulièrement ceux à haute valeur ajoutée. Le principal agent responsable de cette maladie est le Grapevine fanleaf virus (GFLV), un virus transmis spécifiquement de vigne à vigne par un nématode tellurique lors de son alimentation au niveau des racines.


De gauche vers la droite: structure globale du complexe GFLV-Nb23 avec le Nanobody Nb23 en bleu et la capside en orange, segmentation (De manière générale, le mot segmentation désigne l'action de segmenter, le fait de se segmenter ou son résultat. En particulier, le mot est employé dans les domaine...) de la reconstruction 3D avec uniquement la position des Nb23, reconstruction 3D de la capside GFLV seule, coupe transversale à travers la reconstruction 3D du complexe globale. L'organisation (Une organisation est) en icosaèdre (En mathématiques, et plus précisément en géométrie, un icosaèdre est un solide de dimension trois, de la famille des polyèdres,...) est représentée par un polygone (En géométrie euclidienne, un polygone (du grec polus, nombreux, et gônia, angle) est une figure géométrique plane, formée d'une suite cyclique de segments consécutifs et...) vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un récepteur, appelé cône M, dont la...) superposé.
© I.Orlov

Face à l'absence d'itinéraires techniques pour contrôler cette maladie et de vignes naturellement résistantes au GFLV, des stratégies alternatives (Alternatives (titre original : Destiny Three Times) est un roman de Fritz Leiber publié en 1945.) de développement de plantes résistantes par des approches biotechnologiques ont été mises en place. L'une d'entre elles consiste à produire des plantes qui expriment de petits peptides dérivés d'anticorps à simple chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) de camélidés (chameau, lama, alpaca etc.) communément appelés Nanobodies. Que ce soit à partir de plantes modèles de laboratoire ou de vignes cultivées in vitro, l'expression d'un de ces Nanobody, le Nb23, a démontré sa capacité à neutraliser très efficacement et précocement le virus suite à son inoculation.

Afin de mieux comprendre comment le Nb23 neutralise le GFLV in planta, les chercheurs ont déterminé la structure du complexe GFLV-Nb23 à 2.8 Å de résolution par cryo-microscopie électronique (cryo-EM), une méthode d'avant-garde pour l'analyse structurale. Cette étude a permis de montrer que chaque particule virale est recouverte de 60 Nanobodies en condition saturante. Une cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le principe majeur de la cartographie est la représentation de données sur un...) précise de l'épitope du virus reconnu par le Nb23 a conduit à identifier tous les acides aminés intervenant dans l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en...) entre le virus et le Nb23. La formation de ce complexe très stable expliquerait la neutralisation précoce et suggère que toutes les étapes du cycle viral où intervient la particule virale peuvent être perturbées. À ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du...), c'est la plus haute résolution en cryo-EM jamais obtenue pour un complexe avec un virus de plante.

Cette étude permet aussi de comprendre comment le GFLV contourne la résistance conférée par le Nb23 qui est produit par la plante, mécanisme qui passe par des mutations modifiant la surface externe de la capside et qui interfèrent avec la reconnaissance du virus par le Nb23. De manière remarquable, la majorité de ces mutations conduisent à des extensions de quelques acides aminés de la protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En général, on parle de...) de la capside. Ces extensions ne perturbent pas le cycle infectieux du GFLV, mais conduisent à une perte de la capacité du virus à être transmis par les nématodes, empêchant ainsi toute propagation de la maladie de plante à plante. Ce travail permet donc d'établir un lien physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de...) entre la transmission du GFLV par son nématode vecteur (En mathématiques, un vecteur est un élément d'un espace vectoriel, ce qui permet d'effectuer des opérations d'addition et de multiplication...) et l'épitope de surface reconnu par le Nb23.

Ces résultats mettent en lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet)...) l'importance capitale (Une capitale (du latin caput, capitis, tête) est une ville où siègent les pouvoirs, ou une ville ayant une prééminence dans un domaine social, culturel, économique ou sportif, dans ce cas on parle aussi de...) de l'utilisation de la biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle...) structurale dans la compréhension des mécanismes moléculaires mis en jeu lors de la résistance conférée à la plante par le Nb23 et constituent un socle qui permettra d'améliorer la robustesse et la durabilité de la résistance dans la perspective de développer des vignes résistantes au GFLV.

Pour en savoir plus:
Structural basis of nanobody-recognition of grapevine fanleaf virus and of virus resistance loss.
Orlov I, Hemmer C, Ackerer L, Lorber B, Ghannam A, Poignavent V, Hleibieh K, Sauter C, Schmitt-Keichinger C, Belval L, Hily J-M, Marmonier A, Komar V, Gersch S, Schellenberger P, Bron P, Vigne E, Muyldermans S, Lemaire O, Demangeat G, Ritzenthaler C,. Klaholz BP.
PNAS 19 mai 2020 https://doi.org/10.1073/pnas.1913681117

Laboratoires:

Institut de Génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) et de Biologie Moléculaire et Cellulaire (IGBMC) - (CNRS/université. de Strasbourg/Inserm)
1, rue (La rue est un espace de circulation dans la ville qui dessert les logements et les lieux d'activité économique. Elle met en relation et structure les différents quartiers,...) Laurent Fries, BP 10142, 67404 ILLKIRCH CEDEX.

Institut de Biologie Moléculaire des Plantes (CNRS)
12, rue du Général Zimmer, 67084 Strasbourg.

INRAE Grand-Est - Colmar
28 rue de Herrlisheim, 68000 Colmar.
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