Rôle de la lysyl-ARNt synthétase mitochondriale humaine dans la réplication du VIH-1

par Lydia Kobbi

Thèse de doctorat en Biochimie

Sous la direction de Marc Mirande.

Le président du jury était Herman Van Tilbeurgh.

Le jury était composé de Marylène Mougel.

Les rapporteurs étaient Carine Tisné, Roland Marquet.


  • Résumé

    Le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1), est un rétrovirus dont le génome est composé de deux molécules d’ARN simple brin. La transcriptase inverse codée par le VIH-1 utilise l’ARNt3Lys de la cellule hôte pour amorcer la réplication de son génome ARN en ADN proviral. L’ARNt3Lys est encapsidé dans les virions lors de l’assemblage; la lysyl-ARNt synthétase (LysRS) cellulaire est impliquée dans ce mécanisme et sert de co-transporteur à l’ARNt3Lys.Chez l’homme, il existe deux formes de LysRS, une forme cytoplasmique (cLysRS) et une forme mitochondriale (pmLysRS) qui donnera la forme mature (mLysRS) après translocation dans la mitochondrie. Les deux LysRS sont issues d’un même gène par épissage alternatif. Il a été démontré que seule la forme mitochondriale est présente dans les particules virales.Nous avons établi un modèle des interactions protéine-protéine impliquées dans la formation du complexe d’encapsidation de l’ARNt3Lys. En recherchant les interactions des précurseurs Gag et GagPol avec les LysRS et leurs domaines, nous avons démontré que seul le domaine Pol du précurseur GagPol a la capacité de s’associer à la LysRS. Ce sont les sous-domaines transframe TF et intégrase IN du domaine Pol qui permettent l’association entre LysRS et GagPol. Cette association se fait via le domaine catalytique de l’enzyme. La sélectivité de l'encapsidation de la forme mitochondriale de LysRS aux dépens de sa forme cytoplasmique pourrait résider dans la stricte compartimentation cellulaire de ces deux formes enzymatiques. Nous avons voulu établir à quel stade l’encapsidation de la LysRS mitochondriale a lieu, soit avant sa translocation mitochondriale sous forme de précurseur pmLysRS, soit après sous forme mLysRS maturée. Nous avons déterminé le site de maturation du précurseur pmLysRS puis caractérisé les deux formes mitochondriales de la LysRS, en déterminant leurs paramètres cinétiques et leur affinité pour l’ARNt3Lys. Alors que la forme pmLysRS ne forme pas de complexe stable avec l’ARNt, la forme maturée mLysRS est la plus apte à interagir avec l’ARNt3Lys. Ce serait donc la mLysRS qui serait impliquée dans le transport de l’ARNt3Lys dans les particules virales lors du bourgeonnement.Comme l'interaction GagPol:LysRS n'est pas spécifique in vitro de la forme mLysRS qui est la seule espèce de LysRS encapsidée, nous avons recherché si d’autres protéines virales pouvaient intervenir dans la formation du complexe d’encapsidation et conférer la spécificité pour la seule mLysRS. Nous avons montré que les protéines auxiliaires Rev et Vpr ont la capacité à s’associer à la LysRS sans distinction d'origine, mais ne peuvent interagir dans le contexte du complexe d'encapsidation GagPol:mLysRS:ARNt3Lys. Les différentes formes de LysRS pourraient ainsi réguler l'activité de Vpr et Rev à d'autres étapes du cycle viral.

  • Titre traduit

    Role of human mitochondrial lysyl-tRNA synthetase in HIV-1 replication


  • Résumé

    The Human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) is a retrovirus with a genome composed of two molecules of single stranded RNA. The reverse transcriptase encoded by HIV-1 uses the cellular tRNA3Lys to prime the replication of its RNA genome into a proviral DNA. The tRNA3Lys is packaged into the viral particles during their assembly; the cellular lysyl-tRNA synthetase (LysRS) is involved in this mechanism as a co-carrier of tRNA3Lys.In human, there are two forms of LysRS, a cytoplasmic form (cLysRS) and a mitochondrial form (pmLysRS) that will be maturated into mLysRS after translocation into the mitochondrion. Both LysRS arise from the same gene by alternative splicing. It was demonstrated that only the mitochondrial species is present in the viral particles.We established a model of the protein-protein interactions which are implied in the formation of the packaging complex of tRNA3Lys. By searching for interactions of the viral precursors Gag and GagPol with the LysRS species and their domains, we demonstrated that only the Pol domain of the GagPol precursor has the capacity to interact with LysRS. The transframe (TF) and integrase (IN) domains of the Pol region of the polyprotein GagPol are required for association of LysRS with GagPol. This association is mediated by the catalytic domain of the enzyme. The selectivity of the packaging of the mitochondrial species of LysRS but not of its cytoplasmic species would rest on the cellular compartmentalization of these two enzyme forms. To establish at which step the mitochondrial LysRS is packaged, either as the pmLysRS precursor before its mitochondrial translocation, or after as the mature mLysRS, we determined the site of maturation of the pmLysRS precursor, then we characterized both mitochondrial forms of LysRS, by determining their kinetic parameters and their affinity for tRNA3Lys. Whereas the pmLysRS species did not form a stable complex with tRNA, the mature pmLysRS species did. Thus, mLysRS is the only LysRS species which could be implied in the transport of tRNA3Lys into the viral particles during the budding step. In vitro, the interaction GagPol:LysRS is not specific for the mLysRS species, but only the mitochondrial LysRS is packaged into the viral particles. We determined if another viral protein could impact the specificity of mLysRS packaging. We showed that the auxiliary proteins Rev and Vpr have the capacity to interact with LysRS but this intercation is not recovered in the context of the GagPol:mLysRS:tRNA3Lys packaging complex. These data suggest that the different forms of LysRS might regulate the activity of Vpr and Rev at other steps of the viral cycle.


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