Cofacteurs cellulaires de la méthyl-guanylyl-transférase nsP1 du virus Chikungunya et mécanismes de remodelage membranaire

Cellular cofactors of the methyl-guanylyl-transferase protein nsP1 of Chikungunya virus and mechanisms of membrane remodeling

• Auteur / Autrice : Olivier Aiqui-reboul-paviet
• Direction : Laurence Briant
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 15/11/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IRIM - Institut de Recherche en Infectiologie de Montpellier
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Virus ARN et métabolisme
• Jury : Président / Présidente : Yannick Simonin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurence Briant-longuet, Nadia Rabah, Pierre-yves Lozach
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nadia Rabah, Pierre-yves Lozach

Mots clés

Mots clés libres

Interactions hôte-pathogène

Arbovirus

Membranes

Protéomique

Proteomics

Host-pathogen interactions

Membranes

Arthropod-borne virus

Résumé

Le virus Chikungunya (CHIKV) est un virus émergent à fort impact sur la santé humaine vectorisé par les moustiques du genre Aedes. Il peut être la cause d’arthralgies invalidantes et persistantes. Le CHIKV n’est, à l’heure actuelle, la cible d’aucun vaccin ou traitement antiviral spécifique. Le génome du CHIKV code pour quatre protéines non structurales. Parmi ces protéines, la méthyl-guanylyl-transférase virale nsP1 est responsable de l’ancrage du complexe de réplication viral dans la bicouche lipidique. Assemblée sous forme dodécamérique, nsP1 forme un pore situé au col des organelles de réplication du CHIKV assurant l’organisation et la maintenance de ces compartiments indispensables à la réplication du génome viral. Lorsqu’elle est exprimée isolément, la protéine nsP1 génère des déformations membranaires de la cellule hôte semblables à des filopodes. Ce phénotype nécessité la présence d’un domaine de palmitoylation si tué en position 417-CCC-419. Les mécanismes impliqués dans la fonction de déformation membranaire de nsP1 sont inconnus. L’objectif de cette thèse a consisté à rechercher les mécanismes cellulaires contribuant à la fonction de déformation membranaire de nsP1. Nous avons caractérisé les filopodes formés par la protéine nsP1 isolée comme des protrusions membranaires riches en actine et hautement dynamiques. Des approches d’invalidation par siRNA et par inhibiteurs chimiques nous ont permis d’identifier la Rho-GTPase Rac1, la serine/thréonine kinase PAK1 et la protéine nucléatrice d’actine Arp2 comme des acteurs essentiels dans la formation de ces extensions membranaires. Afin de préciser les mécanismes impliqués, nous avons analysé l’interactome de nsP1 par spectrométrie de masse. Parmi les partenaires cellulaires identifiés, nous avons démontré le rôle fonctionnel des protéines HAX1 et SCRIB, également impliquées dans la régulation de la voie Rac1-PAK-Arp2. Outre leur rôle critique dans la formation de filopodes, ces partenaires de nsP1 se sont avérés indispensables dans la cellule infectée pour la réplication du génome du CHIKV et d’Alphavirus proches. Ces observations mettent en lumière l’existence de mécanismes communs aux déformations membranaires induites par nsP1 et la réplication virale.

Chikungunya virus (CHIKV) is an emerging virus with a major impact on human health, vectored by mosquitoes of the Aedes genus. It can cause disabling and persistent arthralgia. CHIKV is not currently the target of any specific vaccine or antiviral treatment. The CHIKV genome encodes four non-structural proteins. Among these proteins, the viral methyl-guanylyl-transferase nsP1 is responsible for anchoring the viral replication complex in the lipid bilayer. Assembled in dodecameric form, nsP1 forms a pore located at the neck of CHIKV replication organelles, ensuring the organization and maintenance of these compartments essential for viral genome replication. When expressed isolated, the nsP1 protein generates filopodia-like membrane deformations in the host cell. This phenotype requires the presence of a palmitoylation domain if killed at position 417-CCC-419. The mechanisms involved in the membrane remodeling function of nsP1 are unknown. The aim of this research work was to investigate the cellular mechanisms contributing to the membrane deformation function of nsP1. We characterized the filopodia formed by the isolated nsP1 protein as highly dynamic, actin-rich membrane protrusions. Invalidation techniques using siRNA and chemical inhibitors enabled us to identify the Rho-GTPase Rac1, the serine/threonine kinase PAK1 and the actin-nucleating protein Arp2 as key players in the formation of these membrane extensions. To clarify the mechanisms involved, we analyzed the nsP1 interactome by mass spectrometry. Among the cellular partners identified, we demonstrated the functional role of the HAX1 and SCRIB proteins, also involved in regulating the Rac1-PAK-Arp2 pathway. In addition to their critical role in filopodia formation, these partners of nsP1 were shown to be indispensable in the infected cell for CHIKV and related Alphavirus genome replication. These observations highlight the existence of mechanisms common to nsP1-induced membrane deformation and viral replication.