Rôle de la sumoylation dans les activités de SAMHD1, un facteur de restriction du VIH-1 dans les cellules non cyclantes

Role of SUMOylation in SAMHD1 activities, a restriction factor of HIV-1 in non-cycling cells

• Auteur / Autrice : Charlotte Martinat
• Direction : Alessia Zamborlini, Ali Saïb
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Médecine. Virologie
• Date : Soutenance le 19/09/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Hématologie, oncogenèse et biothérapies (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génomes, biologie cellulaire et thérapeutiques (Paris ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Pierre-Emmanuel Ceccaldi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alessia Zamborlini, Ali Saïb, Pierre-Emmanuel Ceccaldi, Lucile Espert, Guillaume Bossis, Florence Margottin-Goguet, Asier Sáez-Cirión
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lucile Espert, Guillaume Bossis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sumoylation

VIH-1 (Virus de l'Immunodéficience Humaine de type 1)

Protéine-1 contenant un domaine SAM et un domaine HD

Sumoylation

Mots clés libres

SAMHD1

Activité antivirale

Cellules non-cyclantes

SAMHD1

Antiviral activity

Non-cycling cells

Résumé

Depuis sa découverte il y a sept ans, les recherches intensives sur SAMHD1 en ont fait un facteur cellulaire important qui limite la réplication du virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1) à l’étape de transcription inverse dans les cellules immunitaires non-cyclantes. Le VIH-2 et certains virus de l’immunodéficience simienne (VIS) surmontent cette restriction en exprimant la protéine Vpx, qui conduit SAMHD1 à sa dégradation protéasomique. De nombreuses données expérimentales indiquent que l’activité triphosphohydrolase (dNTPase) de SAMHD1, qui diminue les niveaux cellulaires de dNTP, est responsable de la restriction. Cependant, la seule expression de SAMHD1 ne suffit pas à rendre les cellules résistantes à l’infection par le VIH-1 et ce quel que soit le type cellulaire. De plus, il n’existe pas de corrélation stricte entre la fonction neutralisante de SAMHD1 et sa capacité à dégrader les dNTP. Il a été suggéré que la phosphorylation du résidu T592 puisse inhiber les fonctions antivirales de SAMHD1 dans les cellules en division. Cependant, l’étude de mutants phospho-mimétiques ou phospho-ablatifs mène à des résultats contradictoires. Ces données permettent d’envisager que l’activité antivirale de SAMHD1 ne repose pas exclusivement sur son activité dNTPase et que sa régulation ne peut pas être expliquée que par la phosphorylation. Nous avons démontré que SAMHD1 est modifiée par la SUMOylation, i.e. une modification post-traductionnelle consistant en la conjugaison réversible des protéines SUMO ; et avons identifié les sites principaux modifiés. Nos résultats indiquent que les mutations empêchant la SUMOylation de SAMHD1, particulièrement celle du résidu K595 adjacent au résidu phosphorylable T592, invalident sa fonction antivirale sans affecter son activité dNTPase. Un phénotype similaire est observé après suppression de la région C-terminale de SAMHD1 (résidus 595-626). Nous suggérons donc que les résidus K595 SUMOylé et T592 phosphorylé font partie d’une interface responsable du recrutement d’un co-facteur méconnu, dépendant du type cellulaire, et pouvant jouer un rôle dans le mécanisme de restriction de l’infection par le VIH-1. Notre travail permet d’entrevoir un nouvel aspect de la régulation de SAMHD1 et contribue à la caractérisation des mécanismes moléculaires sous-jacents à son pouvoir antiviral. L’identification d’un ou plusieurs partenaires cellulaires de SAMHD1 permettra de mieux comprendre le mécanisme de restriction et pourra servir de cible thérapeutique pour combattre l’infection par le VIH-1

Since its discovery seven years ago, SAMHD1 has emerged as an important cellular factor that limits the replication of the Human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) at the reverse transcription step in non-cycling immune cells. HIV-2 and some SIV overcome this restriction by encoding the Vpx protein, which bridges SAMHD1 to the proteasomal degradation pathway. A wealth of experimental evidence indicates that SAMHD1 triphosphohydrolase (dNTPAse) activity, which is responsible for cellular dNTP pools depletion, accounts for the premature termination of viral replication. Notably, SAMHD1 expression is not sufficient to render any tested cell type resistant to HIV-1. Besides, there is no strict link between SAMHD1 capacity to deplete dNTP pools and its neutralizing function. Phosphorylation of residue T592 is proposed to downregulate the antiviral function of SAMHD1 in cycling cells. However, the analysis of phosphomimetic or unphosphorytable mutants of SAMHD1 leads to contradictory results. Altogether, these data suggest that SAMHD1-mediated restriction may neither exclusively rely on its dNTPase activity, nor solely depend on the phosphorylation status of T592.We have demonstrated that SAMHD1 undergoes SUMOylation, i.e. a post-translational modification consisting in the reversible conjugation of SUMO on a target protein; and have identified the major sites of modification. Our results show that mutations preventing SAMHD1 SUMOylation, in particular at residue K595 that lies close to the phosphorytable T592 site, inhibit its antiviral properties without impairing its dNTPase activity. Notably, an analogous phenotype is observed upon deletion of SAMHD1 C-terminus (Δ595-626). Based on these data, we speculate that phosphorytable T592 and SUMOylated K595 residues are part of an interface in SAMHD1 C-terminal tail that is responsible for the recruitment of still unknown cofactor(s) involved in the mechanism of HIV-1 infection restriction. Our work highlights a novel aspect of SAMHD1 regulation and participates to the characterization of molecular basis underlying its antiviral function. The identification of one or several cellular partners will allow a better understanding of retroviral restriction mechanism and could serve as new therapeutic targets to fight HIV-1 infection.