Rôle des APOBEC3 dans l'évolution du génome des poxvirus

Role of APOBEC3 in poxvirus genome evolution

• Auteur / Autrice : Wilfried Letessier
• Direction : Frédéric Iseni
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité Interactions Hôte-agents pathogènes - Institut de Recherche Biomédicale des Armées
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté de pharmacie

Mots clés

Mots clés libres

Désaminase

Apobec3

Evolution virale

Poxvirus

Mpox

Mpox

Poxvirus

Viral evolution

Apobec3

Deaminase

Résumé

Au printemps 2022, une épidémie de Mpox chez l'homme, d'une ampleur sans précèdent, s'est propagée sur l'ensemble des continents. Ce virus endémique en Afrique centrale et de l'ouest s'est alors répandu dans plus de 110 pays. L'agent responsable a rapidement été isolé et son génome séquencé. Il est très vite apparu que le virus Mpox circulant en 2022 était génétiquement proche de celui qui avait provoqué une épidémie au Nigéria en 2017. Toutefois, une cinquantaine de mutations ont été détectées dans la souche virale de 2022. Ces mutations ne semblent pas apparaitre de manière aléatoire mais pourraient résulter de l'action d'une enzyme cellulaire (APOBEC3) sur le génome du virus (1). Les enzymes de la famille APOBEC3, au nombre de 7 chez l'homme, sont des cytidines désaminases capables de convertir une fraction des cytidines du génome viral en uridines (2). Les enzymes APOBEC3 désaminent les cytidines en ciblant des motifs spécifiques au sein des acides nucléiques : majoritairement le dinucléotide 5'-TC-3'. La désamination des cytidines par APOBEC3 provoque une transition C > T (G > A sur le brin complémentaire). Nous avons récemment montré, en collaboration avec l'équipe de JP Vartanian à l'Institut Pasteur, que c'est APOBEC3F qui est principalement responsable de la désamination des cytidines du génome du Mpox dans des cellules humaines (3). L'objectif du projet est de poursuivre la caractérisation du rôle des APOBEC3 dans l'édition du génome des poxvirus. Les travaux proposés seront réalisés sur le virus de la vaccine (VACV), virus prototype de la famille des Poxviridae. Une attention particulière sera portée sur le rôle de l'uracile ADN glycosylase (UNG) des poxvirus dans la réparation des mutations induites par les APOBEC3. L'UNG est une enzyme qui est capable de détecter et cliver les bases uracile dans l'ADN. L'équipe travaille depuis plusieurs années sur cette enzyme qui est un composant essentiel du complexe de réplication (4) et nous sommes en mesure de produire un VACV dont le site actif de l'enzyme a été muté, grâce à une technologie développée au laboratoire (5). L'objectif initial de l'étude sera de produire ce virus et de comparer le taux de mutations incorporées par les APOBEC3 sur le génome du virus mutant par rapport au virus sauvage ayant une UNG fonctionnelle. Ces expériences seront réalisées dans des cellules sur-exprimant les APOBEC3. Il est également envisagé, au cours du projet, d'identifier le compartiment cellulaire dans lequel la désamination des cytosines du génome viral par les APOBEC3 a lieu. A terme, ce projet nous permettra de mieux appréhender la rapide évolution du génome du Mpox depuis l'épidémie de 2017 au Nigéria et, en particulier, de déterminer comment ce virus circulant principalement chez le rongeur a pu s'adapter à l'homme.

In the spring of 2022, an epidemic of Mpox in human spread across all continents. The virus, which is endemic in Central and West Africa, spread to more than 110 countries. The causative agent was rapidly isolated and its genome sequenced. It soon became apparent that the Mpox virus circulating in 2022 was genetically close to the one that had caused an epidemic in Nigeria in 2017. However, around 50 mutations were detected in the 2022 viral strain. These mutations do not seem to appear randomly, but could be the result of the action of a cellular enzyme (APOBEC3) on the viral genome (1). The APOBEC3 family enzyme (which contains 7 members in humans), are cytidine deaminases capable of converting a fraction of the cytidines in the viral genome into uridines (2). APOBEC3 enzymes deaminate cytidines by targeting specific motifs within nucleic acids: mainly the 5'-TC-3' dinucleotide. Deamination of cytidines by APOBEC3 results in a C > T transition (G > A on the complementary strand). We have recently shown, in collaboration with JP Vartanian's team at the Pasteur Institut, that APOBEC3F is the main source of Mpox genome editing in human cells (3). The aim of the project is to further characterize the role of APOBEC3 in poxvirus genome editing. The proposed work will be carried out on vaccinia virus (VACV), the prototype virus of the Poxviridae family. Particular attention will be given to the role of poxvirus uracil DNA glycosylase (UNG) in the repair of APOBEC3-induced mutations. UNG is an enzyme capable of detecting and cleaving uracil bases in DNA. Our team has been working for several years on this enzyme, which is an essential component of the replication complex (4), and we are now able to produce VACV with a mutated UNG active site, thanks to a technology developed in the laboratory (5). The initial aim of the study will be to produce this virus and compare the rate of mutations incorporated by APOBEC3 on the genome of the mutant virus versus the wild-type virus carrying a functional UNG. These experiments will be carried out in cells overexpressing APOBEC3. During the course of the project, we also plan to identify the cellular compartment in which deamination of cytosines in the viral genome by APOBEC3 takes place. Ultimately, this project will enable us to i) better understand the rapid evolution of the Mpox genome since the 2017 epidemic in Nigeria and ii) to determine how this virus circulating mainly in rodents was able to adapt to humans.