Etude structurale et fonctionnelle de protéines de virus à ARN impliquées dans la réplication virale et la réponse cellulaire à l'infection

by Benjamin Morin

Doctoral thesis in Bioinformatique. Biologie structurale et génomique

Under the supervision of Bruno Canard.

defended on 2009

in Aix-Marseille 2 , under the authority of Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille) .

Alternative Title

Structural and functionnal study of RNA virus proteins implacated in viral replication and in the cellular response against infection

Abstract

The structural and functional studies of emergent viruses are restricted to few viruses whose overall impact is already established and predictable. Though, the RNA virus world is incredibly wide and increasingly presents new possibilities of emerging pathogens. During my PhD I studied 2 types of proteins involved in replication of these interesting viral pathogens. The L protein of negative strand RNA viruses ((‐)RNA) is the essential RNA polymerase for transcription and replication of the viral genome. Because of the difficulty of producing crystals of the entire protein, very few structural and functional data are available. I generated and studied soluble domains of these proteins and solved the first crystallographic structure of a L protein. I found that it harbors an endonuclease fold conserved in all segmented (‐)RNA viruses, with a putative role in stabilization of viral mRNAs. These results make this domain a suitable target for antiviral research specifically directed against these viruses. During a viral infection the cell is able of generate an antiviral response, the Interferon (IFN) response pathway, which occurs via oligoadenylate synthetase (OAS) /Ribonuclease L (RNase L) involvement. However, viruses use different ways to protect themselves from this cellular response. The actual knowledge on the conserved viral macro domains suggests that they could interact with 2’‐5‘ oligoadenylates (2‐5As), which are signalling molecules in the induction of the IFN response pathway. I developed a method to produce 2‐5As on a large scale. Then I crystallized the macro nsp3 domain of Chikunguya virus in complex with a 2‐5A trimer. These studies open perspectives of research about the relation between viruses and one of the defense mechanism against viral infection, that involving OAS and RNase L

keywords

• Virus à ARN
• Alphavirus
• Mononegavirales
• Arénavirus
• Domaine macro
• Protéine L
• ARN polymérase
• Structure cristallographique
• 2’‐5’ oligoadénylate
• Virus à ARN
• Alphavirus
• Arénavirus
• ARN polymérase I
• Mononegavirales

Abstract

A l’heure actuelle, les études structurales et fonctionnelles sur les virus émergents se limitent à quelques virus dont l’impact sociétal est établi et prévisible. Pourtant, le monde des virus à ARN est très vaste, et présente des potentialités d’émergences en pleine augmentation. Au cours de mon doctorat, j’ai étudié 2 types de protéines impliquées dans la réplication de tels pathogènes viraux. La protéine L des virus à ARN négatif (ARN(‐)) est la polymérase indispensable à la transcription et à la réplication de leur génome. Du fait de la difficulté de production de ces protéines sous forme entière, très peu de données structurales et fonctionnelles sont disponibles. J’ai alors recherché des domaines solubles de ces protéines et résolu la première structure cristallographique d’un domaine d’une protéine L. J’ai ensuite démontré que celui‐ci est un domaine de type endonucléase présent dans l’ensemble des virus à ARN(‐) segmenté, et probablement impliqué dans la stabilisation des ARN messagers viraux. Ces résultats font alors de ce domaine une cible majeure pour la recherche d’antiviraux dirigée spécifiquement contre ces virus. Lors d’une infection virale, la cellule est capable de mettre en place des réponses antivirales, dont la voie de réponse à l’interféron (IFN) via l’oligoadénylate synthétase (OAS)/Ribonucléase L(RNase L). Cependant, les virus ont des moyens de se protéger contre la réponse cellulaire à l’infection. Les connaissances actuelles sur les domaines macro viraux suggèrent qu’ils pourraient interagir avec des 2’‐5’ oligoadénylates (2‐5As), effecteurs de cette voie de réponse à l’IFN. J’ai alors mis en place une méthode de production à grande échelle des 2‐5As, puis cristallisé le domaine macro nsp3 du virus Chikungunya en complexe avec un trimère de 2‐5A. Ces travaux ouvrent une voie de recherche sur les relations entre les virus et un des mécanismes de défense contre l’infection virale, la voie OAS/RNase L