Caractérisation structurale et fonctionnelle de protéines riches en cystéines des virus géants

Structural and functional characterisation of cysteine rich proteins of giant viruses

• Auteur / Autrice : Alejandro Villalta Casares
• Direction : Chantal Abergel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie structurale
• Date : Soutenance le 06/07/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Information Génomique et Structurale (IGS) (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Stefano Caffarri
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sandrine Ollagnier-de Choudens, Bénédicte Burlat, Éric Durand
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Irina Gutsche, Frédéric Barras

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mimiviridae

Protéines

Cystéine

Virus géants

Mots clés libres

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Résumé

Depuis leur découverte, en 2003, les virus géants continuent à nous surprendre avec des tailles de particules pouvant atteindre 2 µm et des génomes allant jusqu'à 2,5Mb et au moins 2/3 d'ORFans.Des analyses de transcriptomique de l’infection ont révélé qu’un gène de Mimivirus codant pour une petite protéine (GG) est le plus transcrit en phase tardive de l'infection. Cette protéine atypique (~6kDa, ~15%Cys et ~40%Gly) très abondante dans la capside est conservée chez les Megavirinae. Nous avons combiné des approches biophysiques, biochimiques et de biologie cellulaire afin d’élucider la structure et la fonction de cette nouvelle famille de protéines (GG-FeS). Nous avons montré que la protéine GG présente deux types de centres Fe-S (un 2Fe-2S et un 3Fe-4S linéaire atypique). Nous avons également démontré la capacité de GG à s’organiser en larges oligomères (20 nm), de gélifier voire d’interagir avec les membranes d’A. castellanii.En parallele, nous avons également pu extraire des particules de Mimivirus, des structures de ~30nm de diamètre et de plusieurs micromètres de long, qui se sont révélées être un complex nucléoprotéique contenant l’ADN génomique du virus. Des analyses de Cryo-EM nous ont permis de résoudre la structure de différents états de compaction de cette fibre, révélant une structure inattendue à 5-démarrage, capable d’accommoder le génome viral et évoquant les structures de certains virus filamenteux d’archée. Etonnamment, l'élément protéique composant ce complexe correspond à la protéine majeure des fibrilles décorant les capsides de Mimivirus avec pour unique différence l'absence du domaine N-terminal riche en cystéines dans la fibre génomique.

Since their discovery in 2003, giant viruses continue to surprise us with particle sizes up to 2 µm and genomes up to 2.5 Mb and at least 2/3 ORFans.Transcriptomic analyses of infection have revealed that a Mimivirus gene encoding a small protein (GG) is most transcribed in the late phase of infection. This atypical protein (~6kDa, ~15%Cys and ~40%Gly) is highly abundant in the capsid and is conserved in the Megavirinae. We combined biophysical, biochemical and cell biological approaches to elucidate the structure and function of this novel protein family (GG-FeS). We have shown that the GG protein has two types of Fe-S centres (a 2Fe-2S and an atypical linear 3Fe-4S). We have also demonstrated the ability of GG to organise itself into large oligomers (20 nm), to gel and even to interact with the membranes of A. castellanii.In parallel, we were also able to extract Mimivirus particles, structures ~30nm in diameter and several micrometres long, which were found to be a nucleoprotein complex containing the genomic DNA of the virus. Cryo-EM analyses allowed us to resolve the structure of different compaction states of this fibre, revealing an unexpected 5-start structure, capable of accommodating the viral genome and reminiscent of the structures of some archaeal filamentous viruses. Surprisingly, the protein component of this complex corresponds to the major protein of the fibrils decorating Mimivirus capsids with the only difference being the absence of the cysteine-rich N-terminal domain in the genomic fibre.