Rôle de SUMO (Small Ubiquitin-like Modifier protein) dans la réponse à l'interféron et la défense antivirale

Role of SUMO (Small Ubiquitin-like Modifier Protein) in IFN Response and Antiviral Defense

• Auteur / Autrice : Ghizlane Maarifi
• Direction : Mounira Chelbi-Alix, Sébastien Nisole
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 15/06/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Signalisations et réseaux intégratifs en biologie (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Pharmacologie, Toxicologie et Signalisation Cellulaire (Paris ; 2006-2013)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Eric Rubinstein
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mounira Chelbi-Alix, Sébastien Nisole, Eric Rubinstein, Denis Gerlier, Marc Piechaczyk, Jacob Seeler, Tarik Regad
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Denis Gerlier, Marc Piechaczyk

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rhabdoviridae

Immunité innée

Interférons

Sumoylation

Mots clés libres

Ifn

Sumo

Stat

Pml

MxA

Rhabdoviridae

Résumé

La SUMOylation est une modification post-traductionnelle qui gouverne divers processus cellulaires incluant immunité innée et défense antivirale. Des effecteurs de la synthèse d’IFN, de son signal de transduction ainsi que des facteurs de restriction sont modifiés par SUMO (Small Ubiquitin Modifier). Par ailleurs, certains virus exploitent la machinerie SUMO afin de contrecarrer les mécanismes de défense antivirale suggérant l’implication de SUMO dans l’interface virus et défense antivirale. A l’aide d’un modèle cellulaire exprimant les différents paralogues SUMO1, SUMO2 ou SUMO3 ou en diminuant l’expression de l’unique enzyme de conjugaison à SUMO, Ubc9, nous avons montré un effet différentiel de SUMO sur deux virus de la famille des Rhabdoviridae (virus de la stomatite vésiculaire (VSV) et le virus de la rage) et sur la réponse aux IFN alpha et IFN gamma. Le premier axe de recherche a permis de montrer que l’expression de SUMO inhibe la synthèse de l’IFN suite à l’infection par le VSV et le virus de la rage, rendant les cellules plus sensibles à l’infection par le virus de la rage. IRF3 est conjuguée à SUMO, ce qui corrèle avec l’inhibition de sa phosphorylation et l’inhibition de la synthèse d’IFN beta. En revanche, bien que la synthèse de l'IFN soit diminuée, l’expression de SUMO confère la résistance au VSV et inhibe sa transcription primaire. L’activité anti-VSV de SUMO est abolie par la déplétion de MxA. L’effet de SUMO est médié par sa capacité à augmenter l’oligomérisation et la stabilité de MxA. Par ailleurs, ce travail a permis d’identifier MxA comme nouvelle cible de la machinerie SUMO. MxA interagit avec SUMO de manière covalente sur la lysine K48 et de manière non covalente avec SUMO1. Le second axe de recherche a permis d’identifier SUMO comme un nouveau régulateur de la réponse aux IFN. La SUMOylation de STAT1 inhibe sa phosphorylation, régulant négativement le signal de transduction et par conséquent la transcription et la réponse biologique en réponse à l’IFN gamma. En revanche, l’expression de SUMO n’altère ni le signal de transduction ni la transcription en réponse à l’IFN alpha.Par ailleurs, dans les cellules exprimant SUMO3, l’IFN gamma et l’IFN alpha induisent la SUMOylation de PML par SUMO3 ce qui entraîne sa dégradation via le protéasome et inhibe les réponses biologiques médiées par PML. Ce travail a permis de montrer un rôle central de SUMO dans l’immunité intrinsèque et innée, médié par la SUMOylation de protéines cellulaires telles qu’IRF3, MxA, STAT1 ou PML.

SUMOylation modulates several cellular process including innate immunity and antiviral defense. Many key regulators involved in IFN induction, IFN signaling as well as various restriction factors are SUMOylated. Using cells stably expressing the different paralogs of SUMO; SUMO1, SUMO2 or SUMO3 and cells depleted of the only known SUMO conjugating enzyme, Ubc9, we show a differential effect on two viruses from Rhabdoviridae family (Vesicular Stomatitis Virus (VSV) and rabies virus) and on the response to IFN alpha and IFN gamma. First, we report that SUMO expression inhibits VSV- and rabies virus-induced IFN synthesis. Consequently, SUMO expression renders cells more sensitive to rabies virus infection. Overexpression of SUMO leads to IRF3 SUMOylation correlating rabies viral infection with both the inhibition of IRF3 activation and IFN beta synthesis. However, although SUMO inhibits VSV-induced IFN, SUMO confers resistance to VSV by inhibiting VSV primary transcription. Furthermore, the anti-VSV effect of SUMO is abolished in MxA depleted cells. Mechanistically, SUMO enhances MxA oligomerization resulting in the stabilization of the MxA protein. We also identified MxA as a new target of SUMO machinery. MxA interacts covalently with SUMO2/3 on lysine K48 and non-covalently with SUMO1. We then investigated the various roles of SUMO at different steps of the JAK/STAT pathway, including STAT activation, transcriptional response and IFN-induced biological effects, identifying SUMO as a new regulator of IFN response. The overexpression of SUMO leads to STAT1 SUMOylation and to a decrease in IFN-induced STAT1 phosphorylation resulting in an inhibition of IFN-gamma-induced transcription and biological responses. In contrast, SUMO expression does not alter IFN alpha signaling and transcriptional response. In addition, in SUMO3 expressing, IFN gamma;and IFN alpha induce SUMOylation of PML by SUMO3 inducing its degradation via the proteasome and inhibition of biological responses mediated by PML. Taken together our results show that SUMO plays a crucial role in innate and intrinsic immunity mediated by SUMOylated proteins such as IRF3, MxA, STAT1 or PML.