Import nucléaire de la capside du virus de l’hépatite B et libération du génome viral

Nuclear Import of the Hepatitis B virus and release of the viral genome

• Auteur / Autrice : Mildred Delaleau
• Direction : Christian Cazenave
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences, technologie, santé. Microbiologie
• Date : Soutenance le 09/12/2011
• Etablissement(s) : Bordeaux 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean Rosenbaum
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michael Kann, Ali Saib
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Michel Rossignol, Camille Sureau

Mots clés

Mots clés contrôlés

ADN viral

Protéines virales

Virus de l'hépatite B

Mots clés libres

Virus de l'hépatite B

Capside

Import nucléaire

Libération du génôme

Hepatitis B virus

Capsid

Nuclear import

Genome release

Résumé

Le virus de l’hépatite B (VHB) est un virus du foie qui cause 1 à 2 millions de morts chaque année. Approximativement 400 millions d’individus sont infectés chroniquement. Le VHB est un virus enveloppé et comprend un génome ADN de ~3.2 kbp au sein d’une capside icosaédrique. La capside est formée de 240 copies d’une protéine unique appelée Core ou protéine de la capside. Durant l’infection, la capside est importée dans le noyau pour libérer le génome viral. L’import est facilité au travers du complexe du pore nucléaire (NPC) en utilisant des récepteurs de transport nucléaire. Des biopsies réalisées sur des patients infectés par le VHB ont montrées que les capsides nucléaires sont issues de l’entrée nucléaire mais aussi de protéines Core nouvellement traduites.Ce travail analyse l’import nucléaire de la capside du VHB et la libération du génome viral. Nous avons montré que les imports des protéines Core et de la capside suivent des systèmes d’import différents. Il a été démontré à partir de tests d’import nucléaire basés sur des cellules perméabilisées par la digitonine que les capsides utilisent l’hétérodimère des importines α et β. Cette découverte est en accord avec de précédentes observations qui ont également démontrées l’exposition de NLS à la surface de la capside, sur lequel s’attache l’importine α. Des expériences de contrôle utilisant le GST-NLS ont permis de démontrer que la fixation du NLS sur l’importine nécessite une interaction avec l’importine  pour la stabilisation du complex de l’import. En analysant l’import nucléaire de la protéine Core non assemblée, nous avons pu observer un import basé uniquement sur l’interaction avec l’importine β, ce qui implique que la protéine Core présente un domaine IBB et non un NLS. Le transport a travers le NPC se termine par l’arrivée des capsides dans le panier nucléaire, qui est une structure en cage, du côté nucléaire. En accord avec la littérature, nous avons observé une liaison de l’importine β sur le domaine C-terminal de la Nup153. L’ajout de RanGTP, qui dissocie les complexes d’import, ne dissocie pas l’importine β de ce domaine, ce qui permet d’émettre l’hypothèse qu’un autre domaine de la Nup153 est impliqué. Contrairement aux autres cargos, la capside du VHB est stoppée dans le panier nucléaire par sont interaction avec la Nup153. Puisque le domaine de liaison de l’importine β chevauche celui de la capside, l’importine β doit se dissocier de la Nup153. L’interaction capside-Nup153 est supposée déstabiliser la capside et permettre la libération du génome viral dans le noyau et la diffusion des protéines Core en supériorité numérique par rapport à la Nup153.En conséquence, les capsides montrent une instabilité, comme nous l’avons démontré par chromatographie d’exclusion de taille, révélant non seulement la capside mais aussi ses intermédiaires d’association/dissociation. Ces expériences sont limitées aux capsides recombinantes car elles nécessitent une grande quantité d’échantillons. Dans le but de confirmer l’instabilité des autres capsides (matures et immatures), nous avons analysé l’accessibilité des acides nucléiques encapsidés pour la nucléase S7. Les résultats ont confirmé une dissociation in vitro partielle pour toutes les capsides, mais avec une cinétique lente, ce qui n’est pas cohérent avec la réaction in vivo. En analysant l’impact de la Nup153 sur cette accessibilité, nous observons qu’un facteur nucléaire supplémentaire, présent du moins dans les cellules hépatiques, accélère la cinétique de dissociation.

The hepatitis B virus (HBV) is a hepatotropic virus which causes 1 to 2 million of death every year. Approximately 400 million individuals are chronically infected. HBV is enveloped and comprises a DNA genome of ~3.2 kbp within an icosaedral capsid. The capsid is formed by 240 copies of one single protein species termed core or capsid protein. During the infection, the capsid is imported to the nucleus in order to release the viral genome. The import is facilitated through the nuclear pore complex (NPC) using nuclear transport receptors. Biopsies of HBV-infected patients show nuclear capsids, which are derived from nuclear entry of the capsid but also from nuclear import of progeny core proteins.This work investigates the nuclear import of the HBV capsid and the release of the viral genome. We showed that the imports of core protein and capsid follow different pathways. Capsids were shown to use the heterodimer of importin α and β for nuclear import as it was demonstrated by nuclear import essay, based on digitonin-permeabilised cells. This finding is consistent with earlier observations, which also demonstrated the exposure of NLS on the capsid surface, to which importin  attaches. Control experiments using GST-NLS demonstrated that binding of the NLS to importin  required interaction with importin  for stabilization of the import complex. Analysing the nuclear import of the unassembled core protein we observed an import based on interaction with only importin β implying that the core protein expose an importin -binding domain rather than an NLS.The transport through the NPC is terminated with the arrival of a cargo capsid in the nuclear basket, which is a cage like structure at the nuclear side of the NPC. Consistent with the literature we observed an attachment of importin  to the C terminal domain of Nup153. Addition of RanGTP, which dissociates import complexes, did not dissociate importin  from this domain, which led to the hypothesis that other Nup153 domains are involved. In contrast to other karyophilic cargos HBV capsids become arrested within the nuclear basket by capsid-Nup153 interaction. As the binding site of importin overlaps with the binding site of the capsid such importin -Nup153 interaction has to be dissociated. The subsequent capsid-Nup153 interaction was thought to destabilize the capsid allowing liberation of the viral genome into the nuclear and the diffusion of core proteins, supernumerous with regard to the Nup153 molecules, deeper into the nucleus. Accordingly, capsids show an imminent instability as we demonstrated by separation of capsids using size exclusion chromatography revealing not only capsids but assembly/disassembly intermediates. These experiments were limited to recombinant, E. coli-expressed due to the high amounts needed. To confirm the instability of other capsids e.g. genome-containing ones, we analyzed the accessibility of the capsid enclosed nucleic acids to the S7 nuclease. The results confirmed partial dissociation in vitro similar for all capsids but with a slow kinetic, which is not coherent with the in vivo reaction. Investigating the impact of Nup153 we observed that an additional nuclear factor, present in at least hepatoma cells accelerates the dissociation kinetic.