Etude du mécanisme d'action antiviral du facteur de restriction à large spectre MX1 contre le virus influenza A et d'autres virus pathogènes humains.

Investigation of the antiviral mechanism of action of the broad-spectrum restriction factor MX1 against influenza A and other human pathogenic viruses

• Auteur / Autrice : Jimmy Cadenes
• Direction : Caroline Goujon
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2024
• 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 : Interféron et restriction antivirale

Mots clés

Mots clés libres

Virus Influenza A

Facteur de restriction

Mx1

Immunité innée

Epithélia primaires

Influenza A virus

Restriction factor

Mx1

Innate immunity

Primary epithelia

Résumé

En tant que parasites intracellulaires obligatoires, les virus dépendent de nombreux facteurs cellulaires pour réaliser leur cycle de réplication. Au cours de l'évolution, les organismes hôtes ont développé des moyens de défense contre les infections virales, dont l'immunité innée, qui inclut notamment le système interféron. L'interféron est produit par les cellules infectées après détection, par des récepteurs de surface ou cytosoliques spécialisés, d'agents pathogènes tels que les virus. L'interféron régule l'expression de centaines de gènes (les ISG ou Interferon Stimulated Genes) qui permettent l'établissement d'un état antiviral puissant, prévenant efficacement la réplication virale. Ainsi, les produits de certains ISG, tels que les GTPases de la famille MX (myxovirus resistance), sont des effecteurs antiviraux participant à l'inhibition de la réplication virale. Chez l'Homme, il existe deux protéines MX, avec des localisations subcellulaires et des spécificités antivirales différentes. Ainsi MX2, présente au niveau de l'enveloppe nucléaire, est capable de limiter la réplication du VIH-1 et du virus de l'herpès en empêchant leur accès au noyau. MX1 est cytoplasmique et inhibe de très nombreux virus à ARN, tels que le virus influenza A, les bunyavirus ou le virus de la rougeole, ainsi que des virus à ADN. Les protéines MX semblent capables de reconnaître des éléments viraux mais les mécanismes moléculaires qu'elles mettent en jeu pour inhiber la réplication d'autant de virus différents restent à ce jour un mystère. Notre équipe s'intéresse à la compréhension du mécanisme d'action de ces protéines antivirales à large spectre et utilise dans ce but une combinaison d'approches de pointe, dont des approches de Bio-ID, des cribles CRISPR à l'échelle du génome, ou de la microscopie en temps réel et super-résolution. Nous avons récemment mis en lumière un nouveau blocage imposé tardivement par MX1 sur l'infection par le virus influenza A (IAV) (McKellar et al., bioRxiv 2024). Ainsi, MX1 s'associe transitoirement avec les complexes ribo-nucléoprotéiques viraux (ou vRNP) dans le cytoplasme et utilise la dynéine et le réseau de microtubules pour induire leur transport rétrograde. MX1 orchestre ensuite leur séquestration irréversible près du centre organisateur des microtubules. C'est la première fois qu'il est montré i) une association transitoire de MX1 avec les vRNP d'IAV, et ii) leur détournement vers le MTOC et leur séquestration les empêchant d'atteindre la membrane plasmique, lieu du bourgeonnement viral. Le projet de thèse visera à comprendre les mécanismes moléculaires mis en jeu par MX1 et s'articulera comme suit : Axe 1) Identification des partenaires protéiques de MX1 induisant la séquestration irréversible des vRNP d'influenza A en employant la technique de bioID et caractérisation de leurs rôles ; Axe 2) Contribution de MX1 dans les défenses anti-influenza A induites par l'interféron dans un modèle hautement pertinent physiologiquement : les épithélia respiratoires primaires humains cultivés à l'interface air-liquide. Axe 3) Exploration de l'impact de MX1, de ses partenaires identifiés dans l'axe 1, et des protéines MX homologues sur le trafic intracytoplasmique d'un panel de virus à ARN et ADN. Ce projet de thèse permettra de mieux comprendre les mécanismes moléculaires antiviraux de protéines extrêmement efficaces pour limiter la réplication virale et ainsi potentiellement ouvrir la voie au développement futur de nouvelles stratégies thérapeutiques antivirales.

As obligatory intracellular parasites, viruses depend on cellular factors to complete their replication cycle. Over the course of evolution, host organisms have developed defenses against viral infections, including innate immunity and the interferon system. Interferon is produced by infected cells after detection, by specialized surface or cytosolic receptors, of pathogens such as viruses. Interferon regulates the expression of hundreds of genes (known as ISGs or Interferon Stimulated Genes) which enable the establishment of a powerful antiviral state, effectively preventing viral replication. The products of some ISGs, such as MX (myxovirus resistance) GTPases, are antiviral effectors involved in the inhibition of viral replication. In humans, there are two MX proteins, with different subcellular localizations and antiviral specificities. MX2, present in the nuclear envelope, is capable of limiting HIV-1 and herpes virus replication by preventing their access to the nucleus. MX1 is cytoplasmic and inhibits a wide range of RNA viruses, such as influenza A, bunyaviruses and measles virus, as well as DNA viruses. MX proteins are thought to recognize viral elements, but the molecular mechanisms at play to inhibit replication of so many different viruses remain a mystery to this day. Our team is interested in understanding the mechanism of action of these broad-spectrum antiviral proteins, and uses a combination of cutting-edge approaches to this end, including Bio-ID, genome-wide CRISPR screens, or real-time and super-resolution microscopy. We recently highlighted a novel late blockade imposed by MX1 on influenza A virus (IAV) infection (McKellar et al., bioRxiv 2024). Indeed, MX1 transiently associates with viral ribonucleoprotein complexes (or vRNPs) in the cytoplasm and uses dynein and the microtubule network to induce their retrograde transport. MX1 then orchestrates their irreversible sequestration near the microtubule organizing center. This work shows for the first time i) a transient association of MX1 with IAV vRNPs, and ii) their re-routing to the MTOC and sequestration there, which prevents them from reaching the plasma membrane, the site of viral budding. The aim of this thesis project is to understand the molecular mechanisms involved in MX1 antiviral activity, and will be structured as follows: Aim 1) Identification of MX1 protein partners inducing irreversible sequestration of influenza A vRNPs using the bioID technique and characterization of their roles; Aim 2) Contribution of MX1 to interferon-induced anti-influenza A defenses in a highly physiologically relevant model: primary human respiratory epithelia cultured at the air-liquid interface. Aim 3) Exploration of the impact of MX1, its partners identified in Axis 1, and homologous MX proteins on the intracytoplasmic trafficking of a panel of RNA and DNA viruses. This thesis project will provide a better understanding of the antiviral molecular mechanisms of proteins that are highly effective in limiting viral replication, and thus potentially pave the way for the future development of new antiviral therapeutic strategies.