Rôle de la protéine Vif dans la réplication du VIH-1 : régulation traductionnelle du facteur de restriction APOBEC3G et activité chaperon d'ARN

Role of HIV-1 Vif in viral replication : translational regulation of APOBEC3G and RNA chaperone activity

• Auteur / Autrice : Santiago Guerrero
• Direction : Jean-Christophe Paillart
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 25/10/2013
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Architecture et réactivité de l'ARN (Strasbourg ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Rohr
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Clarisse Berlioz-Torrent, Théophile Ohlmann

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dissertations universitaires

Produits du gène vif du virus de l'immunodéficience humaine

Traduction génétique

Interactions ARN-protéine

ARN -- Réplication

Protéines virales

VIH (virus)

Mots clés libres

HIV-1

Vif

APOBEC3G

Régulation traductionnelle

HIV-1

Vif

APOBEC3G

Translational regulation

Résumé

Vif (Viral Infectivity Factor) est une protéine auxiliaire qui augmente le «fitness» viral dans l’hôte infecté. Vif est essentielle à la formation de particules virales infectieuses dans les cellules dites «non-permissives», alors que des virus ΔVif se répliquent efficacement dans des lignées cellulaires T dites « permissives ». Les cellules non-permissives expriment les facteurs de restriction APOBEC3G (APOlipoprotein B mRNA-Editing enzyme Catalytic polypeptide 3G ou A3G) et A3F, deux cytidine désaminases dont l’action hypermutatrice est létale pour le virus. Vif réduit de façon considérable le taux d’expression des protéines A3G/3F par deux mécanismes principaux : (1) en recrutant une E3 ubiquitine ligase, Vif induit la dégradation d’A3G par le protéasome et (2) en se fixant sur l’ARNm, Vif régulant négativement la traduction d’A3G par un mécanisme dépendent de la région 5'-UTR. L'objectif de mon projet a été de déterminer le rôle et le mécanisme de la régulation traductionnelle du facteur de restriction A3G par la protéine Vif du VIH-1 ex vivo. En parallèle, nous nous sommes intéressés à déterminer les domaines de la protéine Vif impliqués dans l’activité chaperonne d'ARN. Par l’analyse des « westerns blots » issus de co-transfections de différents vecteurs d’expression d’A3G en présence ou absence de Vif et d’un dominant négative de la Cullin 5, nous avons démontré ex vivo que Vif requiert les tiges boucles 2 et 3 de la région 5’UTR (de façon simultanée) pour inhiber la traduction d’A3G. La régulation traductionnelle d’A3G par Vif cause 50% de la réduction total d’A3G en présence de Vif. Ensuite, nous avons observé qu’une une petite uORF (Upstream Open Reading Frame), contenue entre ces deux tiges-boucles est nécessaire pour l’inhibition d’A3G par Vif. Les uORFs, présents dans 50 % des gènes eucaryotes, interviennent principalement dans des mécanismes de régulation traductionnelle. Ainsi, nous avons observé in vitro et ex vivo que l’uORF régule négativement la traduction de l’ORF majeure d’A3G. Par l’analyse de l’expression de différents mutants de l’uORF, nous avons démontré ex vivo que 60% des complexes d’initiation de la traduction synthétisent A3G par « leaky scanning » et 40 % sont recrutés dans la traduction de l’uORF, en inhibant ainsi l’expression d’A3G. A partir de ces résultats nous proposons un modèle de l’inhibition d’A3G par Vif. Dans ce modèle, Vif pourrais inhiber l’étape de terminaison de la traduction de l’uORF en causant un « stalling » des ribosomes en empêchant ainsi à des nouveaux complexes d’initiation d’attendre l’ORF majeur. Nous avons aussi déterminé l’impact de la régulation traductionnelle d’A3G par Vif sur l’incorporation d’A3G dans les particules virales et sur l’infectivité virale. Nous avons alors observé que l’inhibition traductionnel d’A3G par Vif réduit l’incorporation d’A3G dans les particules virales avec un profil de diminution d’A3G similaire à celui observé dans les cellules. En utilisant des cellules indicatrices TZM-bl, nous avons ensuite observé que l’inhibition traductionnelle d’A3G par Vif augmente l’infectivité virale de 50%. Finalement, nous avons déterminé les domaines de la protéine Vif impliqués dans l’activité chaperonnes d'ARN. En utilisant des essaies de dimérisation des fragments d’ARN du VIH-1, nous avons pu mettre en évidence que le domaine C-terminal de la protéine Vif était impliqué dans cette activité. Ces résultats nous ont permis de mieux comprendre ce phénomène de restriction cellulaire et pourraient être importants dans le développement de nouvelles stratégies d’inhibition de la réplication virale qui ciblerait spécifiquement l’interaction de Vif avec l’ARNm d’A3G.

The HIV-1 viral infectivity factor (Vif) is a small basic protein essential for viral fitness and pathogenicity. Vif allows productive infection of non-permissive cells (including most natural HIV-1 targets) by counteracting cellular cytosine deaminases APOBEC3G (A3G) and A3F by different mechanisms and thus preventing its incorporation into viral particles. The Vif-induced degradation of A3G through the proteasome pathway has been extensively studied, but little is known about the translational repression of A3G mRNA by Vif. After cellular co-transfection of A3G mRNA constructs mutated in their untranslated regions (UTRs) in presence or absence of Vif, and in conditions where the proteasome-induced degradation of A3G was inhibited, we show that the 5’-UTR of A3G mRNA is crucial for the translational inhibition by Vif. The core binding factor, CBF-, required to stabilize the Vif/A3G complex is dispensable for this specific repression. According to our previous secondary structural model of the 5’-UTR, the two distal stem-loop structures are sufficient for a complete translational inhibition of A3G. We show that residue K26 of Vif is critical for A3G neutralization, both for its proteasome-induced degradation and translation inhibition of itsmRNA. Interestingly, we observe a strict correlation between the cellular reduction of A3G through translation inhibition and the quantity of A3G incorporated into viral particles. Both mechanisms account for about 50% decrease of A3G in cell. Thus, we showed for the first time that A3G mRNA translational inhibition by Vif is a 5’-UTR mRNA-dependent mechanism, and that any of these two mechanisms, degradation or translation, is sufficient to restore viral infectivity. Regulating the translation of A3G could thus be considered as a new target to restore a functional expression of A3G and viral restriction.