Contrôle traductionnel du SARS-CoV-2

Translational control of SARS-CoV-2

• Auteur / Autrice : Lionel Condé
• Direction : Théophile Ohlmann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 06/06/2024
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre International de Recherche en Infectiologie (Lyon ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Lucie Etienne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Théophile Ohlmann, Lucie Etienne, Francesca Fiorini, Jean-Christophe Paillart, Bruno Sargueil, Sylvain De Breyne
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Francesca Fiorini, Jean-Christophe Paillart

Mots clés

Mots clés contrôlés

Codons

Régulation génétique

SARS-CoV-2 (virus)

Mots clés libres

SARS-CoV-2

Contrôle traductionnel

Régulation de l’expression des gènes

UORF

Codon d’initiation non canonique

SARS-CoV-2

Translation control

Gene regulation

UORF

Non-canonical initiation codon

Résumé

Endant l’infection virale, la régulation de l’expression des gènes est au cœur des interactions complexes entre l'hôte et le pathogène. Les virus exploitent la machinerie cellulaire de l'hôte pour assurer la synthèse de leurs protéines nécessaires pour la réplication et la propagation de l'infection. C'est notamment le cas lors de l'infection par le SARS-CoV-2, qui induit rapidement une inhibition globale de la traduction cellulaire grâce à l'action de facteurs viraux tels que la protéine Nsp1. Pour produire efficacement ses protéines, le virus doit alors mettre en place des stratégies pour contourner cette inhibition. Le génome du SARS-CoV-2 s'exprime à partir de 10 ARN, l'ARN génomique (ARNg) et 9 ARN sous-génomiques qui possèdent une région leader commune mais des régions 5'UTR uniques pour chacun des transcrits. Mon travail s'est concentré sur les éléments structuraux qui régulent la traduction des différents ARN du SARS-CoV-2.À travers un ensemble d’expériences in vitro (lysat de réticulocytes) et en cellules, nous avons découvert que l’efficacité de traduction variait significativement entre les différents ARN viraux. En particulier, l'ARN génomique, malgré sa structure complexe, se distingue par une efficacité de traduction particulièrement élevée. Nous avons aussi déterminé que la structure tige-boucle SL1, présente dans l’ensemble des transcrits viraux, était un déterminant majeur pour l'expression des ARN et qu'elle jouait également un rôle crucial pour contrer l'inhibition induite par la protéine virale Nsp1. Nous avons établi que l'initiation de la traduction se déroulait par un mécanisme dépendant de la coiffe et nécessitait le complexe eIF4F. Enfin notre étude a également permis de caractériser le rôle de deux courtes phases de lecture ouvertes (uORF) retrouvées dans certaines régions 5'UTR des ARN du SARS-CoV-2; ces uORFs ont des impacts variables selon leur position.

During viral infection, the regulation of gene expression is central to the complex interactions between the host and the pathogen. Viruses exploit the host's cellular machinery to ensure the synthesis of their proteins, which are necessary for replication and the spread of the infection. This is particularly the case with SARS-CoV-2 infection, which rapidly induces a global inhibition of cellular translation through the action of viral factors such as the Nsp1 protein. To efficiently produce its proteins, the virus must implement strategies to bypass this inhibition. The SARS-CoV-2 genome is expressed from 10 RNAs, the genomic RNA (gRNA) and 9 subgenomic RNAs that possess a common leader region but unique 5'UTR regions for each of the transcripts. My work focused on the structural elements that regulate the translation of the different SARS-CoV-2 RNAs.Through a series of in vitro (reticulocyte lysate) and in-cell experiments, we discovered that the translation efficiency varied significantly among the different viral RNAs. In particular, the genomic RNA, despite its complex structure, distinguishes itself by its remarkably high translation efficiency. We also determined that the SL1 stem-loop structure, present in all viral transcripts, was a major determinant for RNA expression and also played a crucial role in countering the inhibition induced by the Nsp1 viral protein. We established that translation initiation occurred through a cap-dependent mechanism and required the eIF4F complex. Finally, our study also characterized the role of two short upstream open reading frames (uORFs) found in certain 5'UTR regions of SARS-CoV-2 RNAs; these uORFs have variable impacts depending on their position.