La polyprotéine de réplication du norovirus humain et sa protéine non structurale NS4 : caractérisation structurale et propriétés d'interaction avec les membranes

The human norovirus replication polyprotein and its non-structural protein NS4: structural characterization and membrane interaction properties

• Auteur / Autrice : Adrien Royet
• Direction : Stéphane Bressanelli, Sonia Fieulaine
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie structurale
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : I2BC - Institut de Biologie Intégrative de la Cellule
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté de pharmacie
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Santé et médicament (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Agathe Urvoas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aurélie Bertin, Gaël Belliot, Valérie Biou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gaël Belliot, Valérie Biou

Mots clés

Mots clés libres

Protéine non-structurale

Norovirus

Virus ARN+

Polyprotéine de réplication

Cryo-microscopie électronique

Liposome

Non-structural protein

Norovirus

Plus-strand RNA Virus

Replication Polyprotein

Cryo-electron microscopy

Liposome

Résumé

Les virus à ARN simple brin de polarité positive (virus ssARN(+)) sont responsables de nombreuses maladies chez l'homme (COVID-19, Hépatites A, C et E, Dengue, Zika, Chikungunya, ...). Tous emploient une stratégie de réplication commune : la formation de compartiments membranaires isolés médiée par l'activité d'une polyprotéine de réplication codée dans le génome du virus dans le but de synthétiser de nouveaux ARN viraux. Ce processus de remodelage est une cible idéale pour l'élaboration de traitements antiviraux, comme le montre le cas de l'hépatite C. Le norovirus humain est un virus ssARN(+), premier responsable de gastro-entérites aiguës d'origine non-bactérienne dans le monde. Sa polyprotéine de réplication de 1700 résidus est maturée au sein de la cellule hôte en 6 protéines dites « non structurales » dont NS4, principal acteur du remodelage membranaire. Un premier volet axé sur la polyprotéine de réplication entière non clivée vise à étudier la faisabilité de son expression dans un système d'expression acellulaire original à base d'extrait de germes de blé dans l'optique de caractériser sa structure par cryomicroscopie électronique. Un second axe cible plus particulièrement la protéine non structurale 4 (NS4) et ses caractérisations biophysique, biochimique et structurale par le moyen de plusieurs approches originales dont la cristallographie en phase cubique lipidique (LCP) et la sélection de ligands spécifiques (AlphaRep) par phage display. Enfin, des études in vitro réalisées en présence de liposomes ont mis en évidence un comportement d'autoassemblage de NS4 au contact des membranes ainsi que des propriétés de pontage entre liposomes.

Positive sense single-stranded RNA viruses (ssRNA(+) viruses) are responsible for many human diseases (COVID-19, Hepatitis A, C and E, Dengue fever, Zika, Chikungunya, ...). All employ a common replication strategy: the formation of isolated membrane compartments mediated by the activity of a replication polyprotein encoded in the virus genome, with the aim of synthesizing new viral RNA. This remodeling process is an ideal target for the development of antiviral treatments, as shown by the case of hepatitis C. Human norovirus is an ssRNA(+) virus and the world's leading cause of acute non-bacterial gastroenteritis. Its 1700-residue replication polyprotein is matured within the host cell into 6 non-structural proteins, including NS4, a key player in membrane alterations. The first part of the project focuses on the whole uncleaved replication polyprotein, with the aim of studying the feasibility of its expression in an original wheat germ extract based cell-free expression system so as to to characterize its structure by cryo-electron microscopy. A second axis focuses on non-structural protein 4 (NS4) and its biophysical, biochemical and structural characterization, using several original approaches including lipid cubic phase crystallography (LCP) and phage display selection of specific ligands (AlphaRep). Finally, in vitro studies carried out in presence of liposomes have demonstrated the self-assembly behavior of NS4 in contact with membranes, as well as its bridging properties between liposomes.