Les interactions protéines-glucides multivalentes initient les premiers contacts entre le virus/les bactéries et les cellules cibles, ce qui conduit finalement à une infection. La compréhension des structures et des modes de liaison impliqués est essentielle à la conception d'inhibiteurs multivalents spécifiques et puissants. Cependant, le manque d'informations structurelles sur ces protéines membranaires de surface cellulaires flexibles, complexes et multimères a souvent entravé ces efforts. Ici, nous rapportons que les points quantiques (QD) affichés avec un tableau dense de mono-/disaccharides sont des sondes puissantes pour les interactions protéine-glycane multivalentes. En utilisant une paire de lectines tétramériques étroitement apparentées, DC-SIGN et DC-SIGNR, qui se lient aux glycoprotéines du VIH et du virus Ebola (EBOV-GP) pour augmenter l'entrée virale et infecter les cellules cibles, nous montrons que ces QD dissèquent efficacement les différents modes de liaison DC-SIGN/R-glycane (tétra-/di-/monovalent) grâce à une combinaison de lectures multimodales : transfert d'énergie par résonance de Förster (FRET), mesure de la taille hydrodynamique et imagerie par microscopie électronique à transmission. Nous rapportons également une nouvelle méthode QD-FRET pour quantifier l'affinité de liaison QD-DC-SIGN/R, révélant que DC-SIGN se lie au QD >100 fois plus serré que DC-SIGNR. Ce résultat est cohérent avec l'efficacité de trans-infection plus élevée de DC-SIGN de certaines souches de VIH par rapport à DC-SIGNR. Enfin, nous montrons que les QD inhibent puissamment l'amélioration médiée par DC-SIGN de la transduction induite par EBOV-GP des cellules cibles avec des valeurs d'IC50 jusqu'à 0,7 nM, correspondant bien à leur constante de liaison DC-SIGN (Kd apparent = 0,6 nM) mesurée par FRET. Ces résultats suggèrent que les QD de glycanes sont de puissantes sondes multifonctionnelles pour disséquer la reconnaissance des ligands protéiques multivalents et prédire l'inhibition des glyconanoparticules de l'infection virale au niveau cellulaire.

Las interacciones proteína-carbohidrato multivalentes inician los primeros contactos entre el virus/bacteria y las células diana, que en última instancia conducen a la infección. Comprender las estructuras y los modos de unión involucrados es vital para el diseño de inhibidores multivalentes específicos y potentes. Sin embargo, la falta de información estructural sobre dichas proteínas de membrana de superficie celular flexibles, complejas y multiméricas a menudo ha obstaculizado dichos esfuerzos. En el presente documento, informamos que los puntos cuánticos (QD) mostrados con una matriz densa de mono/disacáridos son potentes sondas para interacciones proteína-glicano multivalentes. Usando un par de lectinas tetraméricas estrechamente relacionadas, DC-SIGN y DC-SIGNR, que se unen a las glicoproteínas del VIH y del virus del Ébola (EBOV-GP) para aumentar la entrada viral e infectar las células diana, mostramos que tales QD diseccionan eficientemente los diferentes modos de unión DC-SIGN/R-glicano (tetra-/di-/monovalente) a través de una combinación de lecturas multimodales: transferencia de energía de resonancia de Förster (FRET), medición del tamaño hidrodinámico y obtención de imágenes POR microscopía electrónica de transmisión. También informamos de un nuevo método QD-FRET para cuantificar la afinidad de unión QD-DC-SIGN/R, que revela que DC-SIGN se une al QD >100 veces más fuerte que DC-SIGNR. Este resultado es consistente con la mayor eficiencia de transinfección de DC-SIGN de algunas cepas de VIH sobre DC-SIGNR. Finalmente, mostramos que los QD inhiben potentemente la mejora mediada por DC-SIGN de la transducción dirigida por EBOV-GP de células diana con valores de IC50 de hasta 0.7 nM, que coinciden bien con su constante de unión a DC-SIGN (Kd aparente = 0.6 nM) medida POR FRET. Estos resultados sugieren que los glucano-QD son potentes sondas multifuncionales para diseccionar el reconocimiento de proteínas-ligandos multivalentes y predecir la inhibición de gluconanopartículas de la infección viral a nivel celular.

Multivalent protein–carbohydrate interactions initiate the first contacts between virus/bacteria and target cells, which ultimately lead to infection. Understanding the structures and binding modes involved is vital to the design of specific, potent multivalent inhibitors. However, the lack of structural information on such flexible, complex, and multimeric cell surface membrane proteins has often hampered such endeavors. Herein, we report that quantum dots (QDs) displayed with a dense array of mono-/disaccharides are powerful probes for multivalent protein–glycan interactions. Using a pair of closely related tetrameric lectins, DC-SIGN and DC-SIGNR, which bind to the HIV and Ebola virus glycoproteins (EBOV-GP) to augment viral entry and infect target cells, we show that such QDs efficiently dissect the different DC-SIGN/R-glycan binding modes (tetra-/di-/monovalent) through a combination of multimodal readouts: Förster resonance energy transfer (FRET), hydrodynamic size measurement, and transmission electron microscopy imaging. We also report a new QD-FRET method for quantifying QD-DC-SIGN/R binding affinity, revealing that DC-SIGN binds to the QD >100-fold tighter than does DC-SIGNR. This result is consistent with DC-SIGN's higher trans-infection efficiency of some HIV strains over DC-SIGNR. Finally, we show that the QDs potently inhibit DC-SIGN-mediated enhancement of EBOV-GP-driven transduction of target cells with IC50 values down to 0.7 nM, matching well to their DC-SIGN binding constant (apparent Kd = 0.6 nM) measured by FRET. These results suggest that the glycan-QDs are powerful multifunctional probes for dissecting multivalent protein–ligand recognition and predicting glyconanoparticle inhibition of virus infection at the cellular level.

تبدأ تفاعلات البروتين والكربوهيدرات متعددة التكافؤ أول اتصالات بين الفيروس/البكتيريا والخلايا المستهدفة، مما يؤدي في النهاية إلى العدوى. يعد فهم الهياكل وأنماط الربط المعنية أمرًا حيويًا لتصميم مثبطات متعددة التكافؤ محددة وقوية. ومع ذلك، فإن نقص المعلومات الهيكلية عن هذه البروتينات الغشائية السطحية المرنة والمعقدة والمتعددة الخلايا قد أعاق في كثير من الأحيان مثل هذه المساعي. هنا، نذكر أن النقاط الكمومية (QDs) المعروضة مع مجموعة كثيفة من السكريات الأحادية/الثنائية هي تحقيقات قوية لتفاعلات البروتين والغليكان متعددة التكافؤ. باستخدام زوج من المحاضرات الرباعية ذات الصلة الوثيقة، DC - SIGN و DC - SIGNR، والتي ترتبط بالبروتينات السكرية لفيروس نقص المناعة البشرية وفيروس الإيبولا (EBOV - GP) لزيادة الدخول الفيروسي وإصابة الخلايا المستهدفة، نظهر أن أجهزة QD هذه تقوم بتشريح أوضاع ربط DC - SIGN/R - glycan المختلفة بكفاءة (رباعي/ثنائي/أحادي التكافؤ) من خلال مزيج من القراءات متعددة الوسائط: نقل طاقة رنين فورستر (FRET)، وقياس الحجم الهيدروديناميكي، والتصوير المجهري الإلكتروني للإرسال. نبلغ أيضًا عن طريقة QD - FRET جديدة لقياس تقارب ربط QD - DC - SIGN/R، مما يكشف أن DC - SIGN يرتبط بـ QD >100 ضعف أكثر من DC - SIGNR. تتوافق هذه النتيجة مع كفاءة نقل العدوى الأعلى لـ DC - SIGN لبعض سلالات فيروس نقص المناعة البشرية عبر DC - SIGNR. أخيرًا، نظهر أن QDS تمنع بشكل فعال التعزيز بوساطة DC - SIGN للتوصيل القائم على EBOV - GP للخلايا المستهدفة مع انخفاض قيم IC50 إلى 0.7 نانومتر، مما يتطابق جيدًا مع ثابت ربط DC - SIGN (ظاهر Kd = 0.6 نانومتر) المقاس بواسطة FRET. تشير هذه النتائج إلى أن جليكان- كيو دي إس هي تحقيقات قوية متعددة الوظائف لتشريح التعرف على البروتين متعدد التكافؤ والتنبؤ بتثبيط جسيمات جليكونان لعدوى الفيروس على المستوى الخلوي.