Rôle de la protéine LC3C dans les mécanismes déployés par le VIH-1 pour contrer la restriction imposée par BST2/Tetherin sur la production virale

Role of the LC3C protein

• Auteur / Autrice : Ursula Madjo
• Direction : Clarisse Berlioz-Torrent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Virologie
• Date : Soutenance le 10/06/2016
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Descartes (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Pierre-Emmanuel Ceccaldi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Clarisse Berlioz-Torrent, Pierre-Emmanuel Ceccaldi, Lucile Espert, Oliver Fackler, Patrice Codogno, Jean-Christophe Paillart
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Lucile Espert, Oliver Fackler

Mots clés

Mots clés contrôlés

Autophagie

VIH (virus)

Résistance aux maladies

Mots clés libres

Virologie

Virology

Résumé

La protéine cellulaire BST2/Tetherin est un médiateur de l’immunité innée qui exerce son activité antivirale contre la dissémination de nombreux virus enveloppés. Ce facteur de restriction retient physiquement les virus néoformés à la surface cellulaire de la cellule infectée, empêchant ainsi le relâchement des virions du VIH-1. La protéine Vpu du VIH-1 est l’un des acteurs viraux capable de contrer cette restriction : elle diminue le niveau d’expression de BST2/Tetherin présent au site de bourgeonnement viral et restaure ainsi une production virale efficace. A ce jour, les mécanismes exacts par lesquels Vpu contre cette barrière cellulaire ne sont pas bien caractérisés. Des études récentes ont montré que HRS et Rab7A, deux protéines contrôlant la voie endo/lysosomale tardive sont impliquées dans le mécanisme déployé par Vpu pour contrer la restriction imposée par BST2. De manière intéressante, ces protéines sont également requises pour l’achèvement des étapes finales de l’autophagie. L’autophagie (macroautophagie) est un mécanisme cellulaire hautement conservé, qui permet la dégradation de composants cytoplasmiques via la formation d’une vésicule à double membrane, appelé autophagosome. L’autophagie est contrôlée par une trentaine de protéines ATG (AuTophaGy-related genes) qui sont recrutés au site de formation du phagophore qui conduira, suite à son élongation, à la formation de l’autophagosome. Il a récemment été décrit que certaine protéines ATG sont également impliquées dans d’autres fonctions cellulaires indépendante de l’autophagie, comme la résistance contre certains pathogènes. C’est le cas notamment de la phagocytose médiée par LC3 (LC3-associated phagocytosis, LAP), un mécanisme indépendant du complexe de pré-initiation de l’autophagie au cours duquel certaines protéines ATG modifient la membrane du phagosome et accélèrent la dégradation des éléments phagocytés. L’objectif de ma thèse était donc de définir si l’autophagie ou certaines protéines de l’autophagie sont impliquées dans le mécanisme moléculaire déployée par Vpu pour contrer la restriction imposée par BST2/Tetherin sur la production virale. Au cours de ma thèse, nous avons démontré l’implication de la protéine LC3C dans le mécanisme par lequel Vpu contrecarre la restriction imposée par BST2 sur la libération des particules virales du VIH-1 dans le milieu extracellulaire. Plus précisément, nos résultats montrent que les protéines ATG5 et Bécline 1, et non tous les composants de l’autophagie, agissent avec la protéine LC3C pour faciliter l’action de la protéine virale Vpu sur la restriction imposée par BST2. L’expression de la protéine LC3C favorise l’élimination par Vpu des molécules de BST2 présentes au site du bourgeonnement, permettant ainsi une libération plus efficace de particules virales VIH-1. Nos expériences d’immunofluorescence montrent que les protéines BST2 et Vpu sont présentes dans des compartiments marqués par LC3, protéine décorant les phagophores, autophagosomes et phagosomes impliqués dans la LAP. Enfin, nos données biochimiques révèlent une interaction spécifique et directe entre la protéine Vpu et la protéine LC3C via un motif LIR non-canonique. L’intégrité de ce motif présent dans le domaine cytoplasmique de Vpu est nécessaire pour la levée par Vpu de la restriction imposée par BST2. En conclusion, mes travaux de thèse montrent que la protéine Vpu du VIH-1 via son interaction avec la protéine d’autophagie LC3C utilise un mécanisme de LAP pour contrer la restriction induite par BST2 sur la production de virus VIH-1.

BST2/Tetherin is a key mediator of the innate immune system that restricts the dissemination of enveloped viruses. This restriction factor impedes the release of de novo formed HIV particles by physically retaining them at the surface of infected cells. The HIV-1 protein Vpu promotes the release of virus by counteracting this restriction. Vpu removes BST2 present at the budding site and downregulates BST2. The mechanisms by which Vpu counteracts BST2 are still not well understood. Recently, we showed that HRS and Rab7A, two regulators of the endocytic and autophagic pathway participates to the mechanism by which Vpu counteracts BST2-mediated restriction on HIV-1 release. Interestingly, these two proteins are also required in the autophagy pathway. Autophagy (macroautophagy) is a highly conserved degradative mechanism that leads to degradation of cytosolic components through the formation of double-membrane vacuoles called autophagosomes that sequester cytosolic material. This process is tightly regulated by the ATG proteins that are hierarchically recruited at the phagophore assembly site to form the autophagosome. Some ATG proteins are additionally involved in non autophagic cell functions involved in maintenance of cell homeostasis and resistance of pathogens. Notably, they participate in microbe clearance through LC3-associated phagocytosis, a process independent of autophagic preinitiation complex in which some ATG proteins directly modify the phagosomal membrane to enhance degradation of phagocytosed elements. The aim of my thesis was to explore if the autophagy pathway or some ATG proteins could be involved in the molecular mechanism by which Vpu counteracts BST2/Tetherin on HIV-1 release. Here, we reveal that the protein LC3C is required in the Vpu-induced antagonism of BST2 restriction. Our results show that only ATG5 and Beclin-1, and not all the components of the autophagy pathway, act with LC3C to favor the counteraction of Vpu on BST2 restriction, and thus enhance HIV-1 release. We report that BST2 and Vpu are present in LC3-positive compartments. We found that Vpu selectively interacts with the ATG8 ortholog, LC3C, through a non-canonical LIR motif by immunoprecipitation and GST pulldown assays. This motif is required for Vpu to antagonize BST2 restriction. LC3C expression favors the removal of BST2 from HIV-1 budding site, and thus HIV-1 release in BST2 expressing cells. Altogether, our data support the view that Vpu uses a non-canonical autophagy pathway reminiscent of LC3-associated phagocytosis to counteract BST2 restriction.