Régulations de la sécrétion et de l’activité biologique de la protéine Tat du VIH-1 : rôles de la palmitoylation et de Gag

Regulations of HIV-1 Tat secretion and biological activity : role of palmitoylation and Gag

• Auteur / Autrice : Christophe Chopard
• Direction : Bruno Beaumelle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 17/12/2014
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; ....-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'études d'agents Pathogènes et Biotechnologies pour la Santé (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Beaumelle, Serge Bénichou, Christophe Lamaze, Delphine Muriaux, Thierry Dupressoir, Nicolas Vitale
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Serge Bénichou, Christophe Lamaze

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sida

Protéine Tat

VIH (virus)

Mots clés libres

Vih-1

Tat

Sécrétion

Palmitylation

Gag

Immunophilines

Hiv-1

Tat

Secretion

Palmitoylation

Gag

Immunophilines

Résumé

La protéine du VIH-1 est une protéine essentielle à la transcription et à la réplication du virus. Elle a donc un rôle crucial dans la cellule infectée. On sait qu'une partie de la Tat cellulaire peut être sécrétée, malgré l'absence de séquence signal. En effet, les 2/3 de la Tat cellulaire sont exportés par la cellule T-primaire infectée. Le mécanisme de sécrétion de Tat est non conventionnel et se produit directement à travers la membrane plasmique où Tat est recrutée grâce à sa très forte affinité pour le phosphatidylinositol(4,5)-biphosphate ou PI(4,5)P2 qui est exclusivement localisé à ce niveau. La Tat extracellulaire a un effet délétère sur de nombreux types cellulaires et agit donc comme une toxine virale. Elle constitue un facteur déterminant de l'évolution vers le SIDA. En accord avec cette efficacité de sécrétion par les cellules T primaires infectées, Tat est essentiellement localisée sur la membrane plasmique des T primaires infectées par le VIH-1. Une fraction importante de Tat est donc résidente à la membrane et nous avons recherché un mécanisme pouvant expliquer cette rétention et mis en évidence la palmitoylation. Nos travaux montrent que Tat est palmitoylée, dans des cellules T ainsi que dans les ‘cibles' comme les neurones et les macrophages. Cette palmitoylation, qui inhibe la sécrétion de Tat, est réalisée sur la cystéine 31 de Tat (qui possède 7 cystéines) par l'enzyme DHHC20 avec comme cofacteurs nécessaires les immunophilines (prolyl-isomérases), Cyclophiline A et FKBP12, qui interagissent avec Tat au niveau de la membrane. Nos résultats indiquent aussi qu'en présence de Gag, la palmitoylation de Tat est inhibée. Nous pensons que l'export de la CypA dû à son encapsidation diminuerait la quantité de CypA disponible pour Tat, inhibant la palmitoylation de Tat et permettant sa sécrétion efficace par les cellules infectées. En effet, le VIH-1 encapside 250 copies de CypA/virion, le taux de CypA régulant la virulence des virions produits. Dans les cellules cibles, Tat serait fortement palmitoylée ce qui induirait sa fixation quasi irréversible au PI(4,5)P2, l'empêchant de ressortir de la cellule et permet ainsi un effet cumulatif des doses reçues par la cellules. Cette accumulation de Tat perturbe des processus membranaires dépendant du PI(4,5)P2 tels que la phagocytose et la neurosécrétion. La palmitoylation de Tat est nécessaire pour ces effets. Ces actions de la Tat extracellulaire pourraient participer au développement des infections opportunistes et des troubles neurologiques observé lors du SIDA.

HIV-1 Tat is a small protein that is required for viral transcription and multiplication. It thus has a crucial role in the infected cell. It was known that Tat can be secreted despite its lack of signal sequence. In fact 2/3 of cellular Tat are exported by infected primary T-cells. The unconventional secretion of Tat relies on its interaction with phosphatidylinositol(4,5)-biphosphate or PI(4,5)P2, a lipid that is concentrated within the inner leaflet of the plasma membrane and is strictly required for Tat secretion. Exogenous Tat has deleterious effects on several cell types, indicating that extracellular Tat is involved in evolution to AIDS. Consistent with this secretion efficiency, Tat is mainly localized at the plasma membrane of primary T-cells infected by HIV-1. A large fraction of Tat is resident at the membrane and we looked for a mechanism that could explain this retention and discovered that Tat is palmitoylated. Our studies show that Tat is palmitoylated, both in T-cells and also in ‘target' cells such as neurons and macrophages. Tat palmitoylation inhibits its secretion and is performed on Tat cysteine 31 (Tat has seven cyteines) by the enzyme DHHC20 using immunophilins (prolyl ismerases), Cyclophilin A (CypA) and FKPB12, as cofactors. Our results also indicate that the presence of Gag inhibits Tat palmitoylation. We believe that the export of CypA due to its encapsidation will make less CypA available for Tat, thereby inhibiting Tat palmitoylation. Indeed, HIV-1 encapsidates 250 copies of CypA/virion and the amount of CypA regulates the virulence of produced virions. In target cells, Tat is strongly palmitoylated and this modification induces its almost irreversible binding to PI(4,5)P2, preventing its secretion and allowing cumulative effect of minute Tat doses.Tat palmitoylation enables Tat to severely inhibit various PI(4,5)P2-dependent processes such as phagocytosis and neurosecretion. These effects of extracellular Tat likely contribute to the development of opportunistic infections and neurological disorders observed during AIDS.