Rôle des méthylations des ARN viraux dans la réponse antivirale

The interplay of RNA N7- and 2’O-methylation in viral replication

• Auteur / Autrice : Priscila Binta El Kazzi
• Direction : Etienne Decroly, Dorothée Missé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Maladies infectieuses
• Date : Soutenance le 11/07/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Architecture et Fonction des Macromolécules Biologiques (AFMB) (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Coutard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Arhel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Andrea Cimarelli, Nolwenn Jouvenet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méthylome

ARN viral

Interférons

Mots clés libres

Isg20

Epitranscriptome

2’O-Methylations

Innate immune response

Interferon

3’Exonuclease. FTSJ3

Hiv-1

Résumé

Ces dernières années, des changements épitranscriptomiques ont été détectés dans de nombreux ARN viraux, mais la fonction biologique de la plupart reste mal comprise. Parmi ces modifications, les méthylations d'ARN sont des marques clés. La première partie de ce manuscrit traite de la 2'O-méthylation de l'ARN, qui est un marqueur du "soi" permettant de discriminer les ARNm des pathogènes. Nous avons d'abord démontré que la 2'O-méthylation des ARN altère la dégradation médiée par ISG20. L'analyse structure-fonction indique que cette inhibition dérive d'un mécanisme d'encombrement stérique. De plus, les génomes hypo-méthylés du VIH-1 produits dans les cellules FTSJ3-KO sont plus susceptibles d'être dégradés par ISG20 que ceux des cellules exprimant FTSJ3. Par conséquent, la transcription inverse et la production de virus hypométhylés sont altérées, démontrant l'effet antagoniste direct de la 2'O-méthylation sur l'activité antivirale médiée par ISG20. Dans la deuxième partie du manuscrit, nous avons caractérisé la protéine non structurale CoV 14 (nsp14), une protéine bifonctionnelle avec un domaine ExoN N-terminal 3′ à 5′ et un domaine N7-MTase C-terminal impliqué dans le coiffage de l'ARNm viral. Nous avons identifié plusieurs résidus impliqués dans la formation de la poche catalytique N7-MTase et évalué leur importance pour l'activité enzymatique in vitro et la réplication virale. Nos résultats soulignent la N7-MTase en tant qu'enzyme importante pour la réplication des bétacoronavirus et définissent les résidus clés de sa poche catalytique qui peuvent être ciblés pour concevoir des inhibiteurs avec un spectre d'activité pan-coronavirus potentiel.

In recent years, epitranscriptomic modifications have been detected in numerous viral RNA, but the physiological function of most of them remains barely understood. Among these modifications, RNA methylations are an important modification induced by specific viral or cellular RNA methyltransferases. The first part of this manuscript focuses on RNA 2’O-methylation, which is a "self" marker that allows discriminating between host cell and pathogen mRNAs. Here, we showed by an In vitro assay that ISG20-mediated decay of 2'O-methylated RNA is impaired. Structure-function analysis indicated that this inhibition results from a steric hindrance mechanism. Moreover, hypo-methylated HIV-1 genomes produced in FTSJ3-KO cells were more prone to degradation by ISG20 than those produced in cells that express wild-type FTSJ3. Consequently, the retrotranscription and production of hypomethylated viruses were impaired, demonstrating the direct antagonist effect of 2’O-methylation on ISG20-mediated antiviral activity. In the second part of the manuscript, we characterized the CoV nonstructural protein 14 (nsp14) which is a bifunctional protein harboring an N-terminal 3′-to-5′ ExoN domain and a C-terminal N7-MTase domain, which is presumably involved in viral mRNA capping. We identified several residues involved in the formation of the N7-MTase catalytic pocket and assessed their importance for in vitro enzymatic activity and virus replication. Our results highlighted the N7-MTase as a critical enzyme for betacoronavirus replication and defined key residues of its catalytic pocket that can be targeted to design inhibitors with a potential pan-coronaviral activity spectrum.