Etude du contrôle spatiotemporel de la rétrotranscription au cours des phases tardives de la réplication du VIH-1

par Pierre-Jean Racine

Thèse de doctorat en Biochimie, biologie cellulaire et moléculaire, physiologie et nutrition

Sous la direction de Marylène Mougel.

Le jury était composé de Marylène Mougel, Pierre-Emmanuel Milhiet, Carine Tisné.

Les rapporteurs étaient Jean-Christophe Paillart, Philippe Fosse.


  • Résumé

    Le VIH-1 est un rétrovirus dont le génome est constitué d'ARN (ARNg). La conversion de cet ARNg en ADN est réalisée lors de la rétrotranscription (RTion). Elle permet de convertir l'ARNg simple brin en une molécule d'ADN double brin, qui sera ensuite intégrée dans le génome de la cellule hôte pour assurer la réplication du virus. La RTion est réalisée dans les premières heures de l'infection, dès l'entrée du virus. La protéine de nucléocapside (NC) participe activement à cette conversion. La NC est une petite protéine avec deux motifs en doigt à zinc (ZF1 et ZF2) qui avec sa partie basique N-term sont responsables de son activité chaperonne des acides nucléiques. L'équipe a récemment découvert un nouveau rôle de la NC en observant que la mutation des doigts de zinc ou de la région basique N-term déclenche prématurément la RTion avant le relargage des nouveaux virus, c'est à dire pendant les phases tardives de réplication du VIH. Nous parlons alors de "RTion tardive". Celle-ci génère des virus à forte teneur en ADN viral. Ces résultats originaux indiquent que la NC joue un rôle dans le contrôle spatio-temporel de la RTion au cours de la réplication du VIH. Mon projet de thèse a consisté à identifier les partenaires potentiels de la NC dans cette RT tardive et à élucider les mécanismes moléculaires mis en jeu. L'approche expérimentale principalement utilisée au cours de ma thèse, consiste à la production de particules VIH-1 (pNL4-3) et à l'analyse de leur contenu en acides nucléiques par PCR quantitative en temps réel. En mesurant l'effet de la présence et de l'absence de la protéine virale Vif sur le déclenchement de la RTion tardive dans des cellules produisant le VIH-1, nous avons démontré l'implication de Vif dans la régulation de la RTion tardive. Nous avons également montré que l'ARNg, et plus particulièrement sa région 5'UTR, est un partenaire essentiel de la NC et de Vif dans le contrôle du timing de la RTion tardive. Notre étude comparative avec un rétrovirus plus ancien et plus simple (pas de Vif) comme le Murine Leukemia Virus (MuLV), montre que cette propriété de la NC du VIH-1 à contrôler la RTion tardive n'est pas commune à tous les rétrovirus. Pour mieux comprendre le rôle de la NC au cours des phases tardives de la réplication du VIH-1, nous avons utilisé la technique de microscopie TIRF (Total Internal Reflection Fluorescence microscopy) en cellules vivantes. Cette technique de microscopie permet de visualiser les étapes d'assemblage, de bourgeonnement et de relargage des particules virales à la membrane plasmique de la cellule hôte. Bien que la NC n'influe pas sur la cinétique d'assemblage du virus, elle est en revanche fortement impliquée dans le contrôle du bourgeonnement et du relargage des particules VIH-1. Des expériences de trans-complémentation du VIH-1 mutant (délétion du ZF2) montrent que la NC contribue au recrutement des protéines cellulaires ESCRT (Endosomal Sorting Complex Required for Transport) aux sites d'assemblage viral, notamment via la voie Tsg101.

  • Titre traduit

    Study of the spatiotemporal control of the reverse transcription during the late phases of HIV-1 replication


  • Résumé

    HIV-1 is a retrovirus whose genome consists of RNA (gRNA). Conversion of this gRNA into DNA is made during reverse transcription (RTion). It can convert single-stranded gRNA in a double-stranded DNA molecule, which is then integrated into the genome of the host cell to ensure the virus replication. The RTion is carried out in the early hours of infection, soon after virus entry. The nucleocapsid protein (NC) is actively involved in this conversion. The NC protein chaperones this process via its nucleic acid annealing activities and its interactions with the reverse transcriptase enzyme. To function the NC needs its two conserved zinc fingers and flanking basic residues. The team recently discovered a new role for the NC. When the NC has a mutation of its zinc fingers or its N-terminal basic region, the RTion is made prematurely before the release of new viruses, i.e. during the later stages of HIV replication. We call it «late RTion". This RTion generates virus with a high level of viral DNA. These results indicate that the NC plays a role in the spatio-temporal control of the RTion during HIV replication. My thesis project was to identify potential partners of the NC in the late RT process and to elucidate the molecular mechanisms involved.The experimental approach mainly used in my project is the production of HIV-1 particles (pNL4-3) and the analysis of their nucleic acid content by Q-PCR in real-time. By measuring the effect of the presence and absence of the viral protein Vif on the initiation of late RTion in cells producing HIV-1, we demonstrated the role of Vif in late RTion regulation. We also showed that the gRNA, and particularly its 5'UTR, is a key partner of the NC and Vif in the control of the late RTion. Our comparative study between HIV-1 and an old and simple (no Vif) retrovirus such as the Murine Leukemia Virus (MuLV) showed that the ability of the HIV-1 NC to control late RTion is not common to all retroviruses.To better understand the role of NC during the late stages of the HIV-1 replication, we used the TIRF microscopy (Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy) in live cells. The TIRF allows the visualization of the viral assembly, budding and release of virus particles at the plasma membrane of the host cell. Although the NC does not contribute to the kinetic of the virus assembly, it is however strongly involved in the control of the budding and the release of the HIV-1 particles. Experiences of trans-complementation of a HIV-1 mutant (deletion of ZF2) showed that NC contributes to the recruitment of the cellular ESCRT machinery (Endosomal Sorting Complex Required for Transport) at the assembly sites, particularly through the Tsg101 pathway.


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