The histone chaperone HIRA is crucial for the early establishment of hepatitis B virus minichromosome

par Maëlle Locatelli

Thèse de doctorat en Virologie

Sous la direction de Fabien Zoulim et de Barbara Testoni.

Soutenue le 18-09-2018

à Lyon , dans le cadre de École Doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon) , en partenariat avec Université Claude Bernard (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) et de Centre de Recherche en Cancérologie de Lyon (laboratoire) .

Le président du jury était Massimo Levrero.

Le jury était composé de Fabien Zoulim, Barbara Testoni, Jean-Pierre Quivy.

Les rapporteurs étaient Michael Nassal, Christine Neuveut.

  • Titre traduit

    La chaperone d'histones, HIRA, est essentielle dans l'établissement précoce du minichromosome du virus de l'hépatite B


  • Résumé

    Le virus de l'hépatite B (HBV) infecte de manière chronique 240 millions de personnes dans le monde, et est la principale cause de carcinome hépatocellulaire. Actuellement, les traitements standards permettent une suppression virale à long terme, mais ne sont pas capables d'éliminer complètement le virus, en raison de la persistance de l'ADN circulaire et clos de façon covalente (ADNccc). Ce minichromosome viral réside dans le noyau des hépatocytes infectés, grâce à sa structure chromatinienne. En effet, lors de l'infection d'un hépatocyte, l'ADN viral partiellement double brin (ADN relâché circulaire (rc)) est libéré dans le noyau, où il est réparé et enveloppé par des protéines histones, afin de former une structure d'épisome chromatinisé. Les mécanismes conduisant à la formation ainsi qu'à la chromatinisation de l'ADNccc sont encore largement inconnus, et leur élucidation constituerait une première étape vers l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques, susceptibles d'altérer la persistance de l'ADNccc. Dans ce but, nous avons étudié le rôle des facteurs hôtes de réparation de l'ADN, et des voies d'assemblage des nucléosomes, dans la formation de l'ADNccc, à des stades précoces (entre 30 minutes et 72 heures) de l'infection, dans des lignées cellulaires d'HepG2-NTCP, ainsi que dans des hépatocytes primaires humains. Nous nous sommes particulièrement concentrés sur la protéine chaperone d'histones, HIRA, qui est connue pour déposer le variant d'histone 3.3 (H3.3) sur l'ADN cellulaire d'une manière indépendante de la réplication et en association avec le remaniement des nucléosomes pendant la transcription et la réparation de l'ADN. Nous avons été capables de détecter l'ADNccc dans la fraction nucléaire des hépatocytes dès 30 minutes et 24 heures post-infection, par qPCR et Southern Blotting (SB), respectivement. L'extinction de HIRA par ARN interférent (siARN) avant l'inoculation du virus, a conduit à une forte diminution de l'accumulation de l'ADNccc (à la fois par qPCR et Southern Blot), qui était indépendante de la protéine HBx (en utilisant un virus HBx-défectueux). Les niveaux d'ADNrc sont restés stables, indiquant soit une éventuelle transition de l'ADNrc en ADNccc incomplète, ou retardée. L'analyse par immunoprécipitation de la chromatine a montré que HIRA était liée à l'ADNccc dès 30 minutes après infection, et que son recrutement était concomitant avec le dépôt de l'histone H3.3, ainsi que la liaison de la protéine de capside du HBV (HBc). Après 24 heures d'infection, une augmentation de la liaison de H3.3 et de l'ARN polymérase II sur l'ADNccc a été observée, en corrélation avec l'initiation de la transcription de l'ARN viral de 3.5 kb. Par des expériences de co-immunoprécipitation et de test de proximité entre protéines (PLA), nous avons montré que HIRA était capable d'interagir avec HBc dans des hépatocytes infectés et dans une lignée cellulaire HepaRG exprimant HBc de manière inductible. En conclusion, nos résultats suggèrent que la chromatinisation de l'ADN viral entrant est un événement très précoce, nécessitant l'histone chaperone HIRA. Bien que HBx ne soit pas requis pour ce processus, HBc pourrait jouer un rôle majeur, suggérant que l'interaction entre HIRA et HBc pourrait représenter une nouvelle cible thérapeutique à étudier


  • Résumé

    Hepatitis B virus (HBV) chronically infects 240 million people worldwide and is the major cause of hepatocellular carcinoma (HCC). Currently standard-of-care treatments can achieve longterm viral suppression, but are not able to completely eliminate the virus, due to the persistence of the covalently closed circular DNA (cccDNA). cccDNA, the viral minichromosome, resides in the nucleus of infected hepatocytes by virtue of its chromatin structure. Indeed, upon entry into hepatocytes, the partially double stranded viral DNA (relaxed circular (rc)DNA) is released into the nucleus, where it is repaired and wrapped by histones to form an episomal chromatinized structure. The mechanisms leading to cccDNA formation and chromatinization are still largely unknown and their elucidation would be a first step toward the identification of new therapeutic targets to impair cccDNA persistence. To this aim, we investigated the role of host factors belonging to DNA repair and nucleosome assembly pathways in cccDNA formation at early time points (i.e. between 30 minutes and 72 hours) post-infection in both HepG2-NTCP cell line and Primary Human Hepatocytes (PHH). We particularly focused on the histone chaperone Hira, which is known to deposit histone variant 3.3 (H3.3) onto cellular DNA in a replication-independent manner and in association to nucleosome reshuffling during transcription and DNA repair. We were able to detect cccDNA in the nuclear fraction of hepatocytes as early as 30 minutes and 24h post-infection, by qPCR and Southern Blotting (SB), respectively. Knock-down of Hira by RNA interference before virus inoculation led to a strong decrease in cccDNA accumulation (both in qPCR and SB) which was independent from HBx protein expression (using an HBx defective virus). rcDNA levels remained stable, indicating either a possible incomplete or delayed rcDNA to cccDNA transition. Chromatin Immunoprecipitation analysis showed that Hira was bound to cccDNA already at 2 hours post-infection and that its recruitment was concomitant with the deposition of histone H3.3 and the binding of HBV capsid protein (HBc). After 24 hours of infection, an increase of H3.3 and Pol2 binding on cccDNA was observed, correlating with the initiation of the transcription of the 3.5 kb RNA. By Co-Immunoprecipitation and Proximity Ligation Assay experiments, we showed that Hira was able to interact with HBc in infected hepatocytes and in a HepaRG cell line expressing HBc in an inducible manner. Altogether, our results suggest that chromatinization of incoming viral DNA is a very early event, requiring the histone chaperone Hira. While HBx is not required for this process, HBc could play a major role, suggesting that the interaction between Hira and HBc could represent a new therapeutic target to be investigated


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