Structural and functional characterization of proteins from extremophilic archaeal viruses : new folds and novel viral lineages

Caractérisation structurale et fonctionnelle de protéines de virus d'archées extrêmophiles : des repliements originaux et une nouvelle lignée virale

• Auteur / Autrice : Adeline Goulet
• Direction : Valérie Campanacci, Christian Cambillau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie structurale
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Évolution (biologie)

Radiocristallographie

Archéobactéries

Virus

Résumé

Des virus à ADN double brin infectant les Crénarchées hyperthermophiles des genres Sulfolobus et Acidianus ont été découverts dans des sources chaudes acides où la température excède les 80°C et le pH est inférieur à 3. Ces virus constituent une population virale originale radicalement différente des virus bactériens et eucaryotes. Ils présentent des morphologies inédites et plus de 70% de leurs gènes n’ont pas d’homologues viraux ou cellulaires dans les bases de données de séquences. La biologie de ces virus est très peu connue et leurs caractéristiques écologiques, morphologiques et génomiques posent des questions sur l’existence de nouveaux repliements, de mécanismes physico-chimiques inconnus dans les milieux extrêmes et sur l’origine et l’évolution des virus. La caractérisation structurale et fonctionnelle de ces protéomes est indispensable pour que ces virus nous dévoilent leurs secrets, et ceci a constitué l’objet de ma thèse. J’ai résolu la structure de six protéines par cristallographie aux rayons X. Trois protéines orphelines des lipothrixvirus Acidianus filamentous virus 1 (AFV1) et Sulfolobus islandicus filamentous virus (SIFV) présentent des repliements α/β originaux et leurs caractéristiques structurales nous ont permis de proposer des fonctions moléculaires. Deux d’entre elles seraient des protéines structurales mineures impliquées dans la formation des structures terminales des virions ; la troisième combine in vitro les activités nickase et exonucléase et serait le représentant d’une nouvelle classe de nucléases. Les deux protéines structurales majeures d’AFV1 possèdent un domaine C-terminal en « four-helix bundle » identique à celui de la protéine de capside des rudivirus, en dépit de leur très faible homologie de séquence. Ce domaine nous a permis de proposer une troisième et nouvelle lignée virale de virus à ADN double brin : la lignée des virus d’Archées filamenteux.

Double-stranded DNA viruses infecting hyperthermophilic Crenarchae of the genera Sulfolobus and Acidianus have been isolated from acidic hot springs at temperature above 80°C and pHs below 3. They are radically different in their properties from viruses that infect Bacteria and Eukarya. Not only are the shapes of these viruses different to all other viruses found on Earth, but more than 70% of their putative genes do not have any homologs in other viruses or cellular life forms. The study of these viruses is still in its infancy and, due to their ecological, morphological and genomic originality, some intriguing questions are raised about their biology, their origins and possible new folds and biochemical mechanisms hidden in extreme environments. Structural and functional characterization of these proteomes is essential to decipher the secrets of these viruses, which is the aim of my thesis. I have solved the structure of six proteins by X-ray crystallography. Three ORFans of the lipothrixviruses Acidianus filamentous virus 1 (AFV1) and Sulfolobus islandicus filamentous virus (SIFV) have new α/β folds and their structural features led us to propose molecular functions. Two of them might be minor structural proteins involved in the terminal appendages of the virions; the third combines in vitro nickase and exonuclease activities and could be the representative of a novel class of nucleases. The two major structural proteins of AFV1 share a C-terminal domain, a four-helix bundle, identical to that of rudiviruses capsid protein, in spite of a very low sequence identity. This domain defines a third and novel viral lineage of double-stranded viruses: the lineage of archaeal filamentous viruses.