Mécanistique de l'incorporation de la protéine Tat du VIH-1 dans les particules virales

How HIV-1 Tat is incorporated into viral particles

• Auteur / Autrice : Malvina Schatz
• Direction : Bruno Beaumelle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 14/11/2018
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Infectiologie de Montpellier (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Delphine Muriaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Beaumelle, Delphine Muriaux, Andrea Cimarelli, Xavier Hanoulle
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Andrea Cimarelli, Xavier Hanoulle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cyclophiline A

Capside

Activation de la transcription

Protéines virales

VIH (virus)

Transcription génétique

Mots clés libres

Tat

Hiv

Capside

Cyclophiline A

Tat

Hiv

Capsid

Cyclophilin A

Résumé

La protéine Tat du VIH-1 est principalement connue pour son rôle majeur dans l’élongation de la transcription des gènes viraux. Cependant, plusieurs études ont montré que Tat pouvait être impliquée dans la rétrotranscription, étape précoce du cycle de réplication du VIH-1 et antérieure à l’intégration du génome viral dans la cellule hôte. Si Tat est impliquée dans la rétrotranscription, sa présence dans la particule virale pourrait procurer au virus un avantage cinétique. Pourtant, malgré une étude de protéomique l’ayant mis en évidence dans des virions purifiés, Tat n’est toujours pas considérée comme étant incorporée aux particules virales. Récemment, nous avons montré une interaction entre Tat et la cyclophiline A (CypA), une prolyl isomérase cellulaire. Cette protéine est connue pour être incorporée dans les particules virales via son interaction avec le domaine capside (CA) de la protéine Gag virale. Les données sur l’interaction de Tat avec CypA et l’implication de Tat dans l’étape précoce de rétrotranscription, nous ont conduits à formuler l’hypothèse suivante : L’interaction de Tat avec CypA permettrait son incorporation dans les particules virales et Tat serait donc présente dans les toutes premières étapes de l’infection des cellules hôtes par le VIH-1.Dans les travaux présentés, nous avons confirmés par GST pulls down et co-immunoprécipitation l’existence d’un complexe CA-CypA-Tat. Le complexe a pu être purifié par gel filtration. Puis, nous avons montré la présence de Tat dans les particules virales par deux approches complémentaires : une approche par western blot sur des particules virales purifiées, l’autre par microscopie à force atomique couplée à la microscopie à fluorescence. Grâce à un test fonctionnel, nous avons montré que Tat, associée au VIH-1, est fonctionnelle et délivrée dans le cytoplasme des cellules nouvellement infectées. Enfin, les interactions entre CA, CypA et Tat ont été caractérisées par différentes approches biochimiques faisant appel à des protéines purifiées. Les données de thermophorèse indiquent que l’affinité de Tat pour le complexe CA-CypA est plus forte que pour la CypA seule. Donc, dans une cellule infectée, Tat se fixerait préférentiellement sur la CypA déjà complexée à CA. Le complexe CA-CypA étant majoritairement retrouvé au niveau du site d’assemblage du virus, cela pourrait favoriser l’incorporation de Tat dans les virus. La mise en évidence de Tat dans les particules virales permettra sans doute d’apporter un angle de vue nouveau sur la réplication du VIH-1, en particulier sur les étapes précoces du cycle viral. Ces résultats pourraient initier le développement d’inhibiteurs de l’incorporation de Tat pour une application thérapeutique.

HIV-1 protein Tat is essentially known for its key role in the transcription elongation of the viral genes. However, several studies showed that Tat could favor reverse transcription. This early and essential step of HIV-1 replication cycle takes place before the integration of viral genome into cellular DNA and therefore prior to the production of the viral proteins. If Tat is involved in reverse transcription, its presence in viral particles might give a kinetic advantage to the virus. Yet, Tat is still not considered as incorporated into the virus, even though a proteomic study identified Tat in purified viral particles. Our team recently demonstrated an interaction between Tat and cyclophilin A (CypA), a cellular prolylisomerase. The latter is known for being incorporated into HIV-1 virions via its binding to the capsid (CA) domain of HIV-1 Gag protein.The evidences for Tat positive effect on reverse transcription and Tat-CypA interaction led us to formulate the following hypothesis: the Tat-CypA interaction enables HIV-1 Tat protein incorporation into viral particles.In the present work, we confirmed, using both co-immunoprecipitation and GST-pull down assays, the existence of a CA-CypA-Tat complex. In addition, this complex could be purified by gel filtration. We accordingly demonstrated the presence of Tat inside viral particles by two complementary methods: the western blot analysis of purified virions and atomic force microscopy coupled with fluorescence microscopy. Through a functional test, we found that Tat, incorporated by HIV-1, is functional and delivered to the cell cytoplasm of newly infected cells. Additionally, CA, CypA and Tat interactions were characterized by several biochemical techniques using purified proteins. Thermophoresis results indicated that Tat affinity is stronger for the complex CA-CypA than for CypA alone. Hence, in infected cells, Tat will preferably bind a CypA protein already complexed with CA compared to cytosolic CypA, thereby favoring Tat encapsidationThe demonstration that Tat is present into viral particles may bring a new point of view on HIV-1 replication cycle, especially for viral reverse-transcription and transcription steps. Our results could initiate the development of Tat encapsidation inhibitors that might have future therapeutic application.