Abstract It was shown previously that the Matrix (M), Phosphoprotein (P), and the Fusion (F) proteins of Respiratory syncytial virus (RSV) are sufficient to produce virus-like particles (VLPs) that resemble the RSV infection-induced virions. However, the exact mechanism and interactions among the three proteins are not known. This work examines the interaction between P and M during RSV assembly and budding. We show that M interacts with P in the absence of other viral proteins in cells using a Split Nano Luciferase assay. By using recombinant proteins, we demonstrate a direct interaction between M and P. By using Nuclear Magnetic Resonance (NMR) we identify three novel M interaction sites on P, namely site I in the α N2 region, site II in the 115-125 region, and the oligomerization domain (OD). We show that the OD, and likely the tetrameric structural organization of P, is required for virus-like filament formation and VLP release. Although sites I and II are not required for VLP formation, they appear to modulate P levels in RSV VLPs. Importance Human RSV is the commonest cause of infantile bronchiolitis in the developed world and of childhood deaths in resource-poor settings. It is a major unmet target for vaccines and anti-viral drugs. The lack of knowledge of RSV budding mechanism presents a continuing challenge for VLP production for vaccine purpose. We show that direct interaction between P and M modulates RSV VLP budding. This further emphasizes P as a central regulator of RSV life cycle, as an essential actor for transcription and replication early during infection and as a mediator for assembly and budding in the later stages for virus production.

Abstract Human Respiratory Syncytial virus (RSV) is the leading cause of infantile bronchiolitis in the developed world and of childhood deaths in resource-poor settings. The elderly and the immunosuppressed are also affected. It is a major unmet target for vaccines and anti-viral drugs. RSV assembles and buds from the host cell plasma membrane by forming infections viral particles which are mostly filamentous. A key interaction during RSV assembly is the interaction of plasma membrane lipids with the Matrix (M) protein layer forming at assembly sites. Although the structure of RSV M protein dimer is known, it is unclear how the viral M proteins interact with certain plasma membrane lipids to promote viral assembly. Here, we demonstrate that M proteins cluster at the plasma membrane by selectively binding with phosphatidylserine (PS). Our in vitro studies suggest that M binds PS lipid as dimers and M mutant with a phosphomimetic substitution inhibits interaction with PS lipids. The presence of other negatively charged lipids like PI(4, 5)P2 does not affect RSV M ability to bind, while cholesterol negatively affects M interaction with lipids. Moreover, we show that the initial binding of the RSV M protein with lipids is independent of the cytoplasmic tail of fusion (F) glycoprotein (FCT). It is the first in vitro study of M interaction with plasma membrane lipids. M binding to plasma membrane may represent a viable therapeutic strategy for small molecules that will block viral spread.

ABSTRACT Human metapneumovirus (HMPV) causes severe respiratory diseases in young children. The HMPV RNA genome is encapsidated by the viral nucleoprotein, forming an RNA-N complex (N Nuc ), which serves as template for genome replication and mRNA transcription by the RNA-dependent RNA polymerase (RdRp). The RdRp is formed by the association of the large polymerase subunit (L), which has RNA polymerase, capping and methyltransferase activities, and the tetrameric phosphoprotein (P). P plays a central role in the RdRp complex by binding to N Nuc and L, allowing the attachment of the L polymerase to the nucleocapsid template. During infection these proteins concentrate in cytoplasmic inclusion bodies (IBs) where viral RNA synthesis occurs. By analogy to the closely related pneumovirus respiratory syncytial virus (RSV), it is likely that the formation of IBs depends on the interaction between P and N Nuc . However, the HMPV P-N Nuc interaction still remains to characterize. Here, we finely characterized the binding domains involved in HMPV P and N Nuc interaction by studying binding between recombinant proteins, combined with the use of a functional assay of the polymerase complex activity and the study of the recruitment of these proteins to IBs by immunofluorescence. We show that the last 6 C-terminal residues of HMPV P are necessary and sufficient for binding to N Nuc , that P binds the N-terminal domain of N (N NTD ), and identified conserved N residues critical for the interaction. Our results allowed to propose a structural model of the HMPV P-N Nuc interaction. IMPORTANCE Like respiratory syncytial virus (RSV), human metapneumovirus (HMPV) is a leading cause of severe respiratory infections in children but also affects human populations of all ages worldwide. Nowadays, no vaccine or efficient antiviral treatments are available for these two pneumoviruses. A better understanding of the molecular mechanisms involved in viral replication could help the design or discovery of specific antiviral compounds. In this work we have investigated the interaction between two major viral proteins involved in HMPV RNA synthesis, the N and P proteins. We finely characterized their domains of interaction, in particular a pocket on the surface of the N protein that could be used as a template for the design of compounds interfering with N-P complexes and viral replication.