Étude par RMN de la structure et des interactions des protéines du Virus Respiratoire Syncytial humain

NMR study of the structure and interactions of proteins of human respiratory syncytial virus

• Auteur / Autrice : Safa Lassoued
• Direction : Christina Sizun
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et biologie structurale
• Date : Soutenance le 02/11/2015
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie des substances naturelles (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1959-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Herman Van Tilbeurgh
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christina Sizun, Herman Van Tilbeurgh, Bernard Delmas, Rémy Couderc
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Lequin, Nadia Izadi-Pruneyre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéines

Résonance magnétique nucléaire

Virus respiratoire syncytial humain

Mots clés libres

Virus respiratoire syncytial

Activité polymérase

Transcription

Phosphoprotéine

M2-1

Résonance magnétique nucléaire

Respiratory syncytial virus

Polymerase activity

Transcription

Phosphoprotein

M2-1

Nuclear Magnetic Resonance

Résumé

Le virus respiratoire syncytial (VRS) est un membre de la famille des Paramyxoviridae, des virus simple brin d'ARN non segmentés de polarité négative. Le virus respiratoire syncytial humain (VRSh) est la principale cause des maladies respiratoires chez les enfants, et il est la priorité des cibles vaccinales. Notre objectif est d'obtenir des réponses sur la structure et la dynamique des différents composants du complexe ARN polymérase ARN dépendante du VRS (RdRp) et sur leurs interactions, en utilisant la résonance magnétique nucléaire (RMN), en espérant pouvoir proposer des molécules qui inhibent ou perturbent ces interactions afin de développer des médicaments antiviraux spécifiques. Mon travail porte sur deux protéines du complexe RdRp: la phosphoprotéine P, qui est le co-facteur principal de la polymérase et elle est nécessaire à la fois pour la transcription virale et pour la réplication, et M2-1 qui est un facteur d'antiterminaison de la transcription. Notre but est de caractériser la structure de P, par rapport à d'autres protéines P des Mononegavirales, la P du VRSh est assez courte et ne comporte pas de domaines avec structure tertiaire stable en dehors du domaine de tétramérisation central résistant à la trypsine. L'analyse de séquence de P prédit la présence d'un domaine d'oligomérisation et de grandes extensions en N-et C-terminales intrinsèquement désordonnés. Cet agencement de domaine est confirmé par RMN. En outre, nous avons utilisé l'analyse de déplacements chimiques secondaires et des mesures de relaxation nucléaire en azote 15 pour montrer que des hélices transitoires sont formées dans les extrémités N- et C-terminales de P. A l'extrémité C-terminale, des hélices presque complètement formées semblent prolonger le domaine d'oligomérisation. A l'extrémité N-terminale des hélices transitoires formées coïncident avec les sites de liaison pour la nucléoprotéine du VRS et pour la liaison au co-facteur de transcription M2-1, comme montré par des expériences d'interaction par RMN. La protéine M2-1 du VRSh est un cofacteur du complexe RdRp essentiel pour la transcription virale en augmentant la processivité de la polymérase. M2-1 est une protéine modulaire qui se lie à l'ARN et interagit également avec la phosphoprotéine virale P. Ces propriétés de liaison sont liées au domaine globulaire de M2-1. Puisque La structure du domaine globulaire de M2-1 a été déjà résolue par mon équipe par RMN, donc nous avons pu montrer le chevauchement partiel des surfaces d'interaction de l'ARN et de P, sur le fragment monomère de M2-1 (58-177) par RMN, confirmant que cette protéine se lie à la phosphoprotéine P et à l'ARN de manière compétitive. Tous les résultats de RMN sont toujours confirmés par des tests fonctionnels par nos collaborateurs à l'INRA, Jouy-en-Josas.

Respiratory syncytial virus (RSV) is a member of the Paramyxoviridae family of non segmented, negative sense singlestranded RNA viruses. Human respiratory syncytial virus (hRSV) is major cause of respiratory diseases in children, and is prioritized vaccine targets. Our aim is to get answers about the structure and dynamics of different components of the RSV RNA dependent RNA polymerase complex (RdRp) and about their interactions, by using Nuclear Magnetic Resonance, as a prerequisite to rational drug design. My work focuses on two RSV proteins: the phosphoprotein, which is the main polymerase co-factor and necessary for both viral transcription and replication, and M2-1 which is the antitermination factor of transcription. Our aim is to characterize the structure of P. As compared to other P proteins of Mononegavirales, hRSV P is rather short and does not comprise domains with stable tertiary fold outside the central trypsin-resistant tetramerization domain. Sequence analysis of P predicts the presence of a helical oligomerization domain and large disordered N-and C-terminal extensions. This domain arrangement is confirmed by NMR. Moreover we used backbone chemical shift analysis and 15 N relaxation experiments to show that transient helices are formed in the N- and C-termini of P. At the C-terminus, nearly completely formed helices seem to prolong the oligomerization domain. At the N-terminus transiently formed helices coincide with the binding sites for the RSV nucleoprotein and for the transcription co-factor M2-1, as shown by NMR interaction experiments. The M2-1 protein of hRSV functions as an essential transcriptional cofactor of the viral (RdRp) complex by increasing polymerase processivity. M2-1 is a modular RNA binding protein that also interacts with the viral phosphoprotein P. These binding properties are related to the core region of M2-1. After solving the structure of the corresponding domain, we showed that partial overlap of the RNA and P interaction surfaces, determined by NMR on the monomeric M2-1(58-177) fragment, accounts for the previously observed competitive behavior of RNA versus P in M2-1 binding. The NMR results are always confirmed by functional tests by our collaborators at INRA, Jouy-en-Josas