Rôle différentiel des isoformes de PML en réponse au trioxyde d’arsenic et dans la défense antivirale

par Faten El Asmi

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Sébastien Nisole et de Mounira Chelbi-Alix.

Le président du jury était Eric Rubinstein.

Le jury était composé de Sébastien Nisole, Mounira Chelbi-Alix, Eric Rubinstein, Denis Gerlier, Pierre Boudinot, Mustapha Si-Tahar, Rémi Cheynier.

Les rapporteurs étaient Denis Gerlier, Pierre Boudinot.


  • Résumé

    Les interférons (IFN) constituent une famille de cytokines aux propriétés antiprolifératives et antivirales. Ils activent, via la voie Jak/STAT, des gènes spécifiques dont les produits sont les médiateurs des effets biologiques des IFN. C’est le cas de PML (Promyelocytic leukemia), appelée aussi TRIM19, qui joue un rôle central dans la défense antivirale. PML appartenant à la famille des protéines Tripartite Motif (TRIM), caractérisée par la présence en N-terminal d’un motif RBCC, constitué d’un domaine RING, d’une ou de deux boites B et d’un domaine coiled-coil. PML a été identifiée dans la leucémie aiguë promyélocytaire, une pathologie causée par la translocation chromosomique t(15 ;17) qui fusionne les gènes PML et RARA, aboutissant à la synthèse d'une protéine chimère PML-RARA. Le trioxyde d'arsenic (As2O3) cible la portion PML de la protéine oncogénique, entraînant sa dégradation et la rémission complète des patients. Dans les cellules saines, les transcrits PML issus d’un gène unique génèrent par épissage alternatif 7 isoformes principales de PML, dont six sont nucléaires (PMLI à PMLVI) et une cytoplasmique (PMLVIIb). Toutes possèdent la même extrémité N-terminale mais diffèrent au niveau de leur extrémité C-terminale, conférant à chaque isoforme des fonctions spécifiques.PML est l’organisatrice d’une structure multi-protéique appelée corps nucléaires (CN), impliquée dans divers processus cellulaires tels que l’apoptose, la dégradation des protéines ou encore la défense antivirale.PML est modifiée par SUMO de façon covalente au niveau de trois sites lysines (K65, K160, K490) et de façon non covalente, via son domaine SIM (pour « SUMO Interacting Motif »). Ces modifications sont requises pour la formation de CN fonctionnels et le recrutement de protéines partenaires au sein de ceux-ci. Le but de ma thèse a été d’étudier le rôle différentiel des différentes isoformes de PML en réponse à l’As2O3 et suite à l’infection virale. Nous avons montré que le SIM de PML est nécessaire à sa dégradation en réponse à l'As2O3. Ce motif est présent dans toutes les isoformes de PML, hormis l’isoforme nucléaire PMLVI et l’isoforme cytoplasmique PMLVIIb. Le SIM de PML n’est pas requis pour sa SUMOylation et son interaction avec RNF4 (une E3 ubiquitine ligase responsable de la dégradation de PML via le protéasome). En revanche, ce motif est requis pour l’ubiquitination de PML, le recrutement des composants du protéasome et sa dégradation en réponse à l’As2O3. Concernant les propriétés antivirales de PML, l’étude que nous avons menée avec toutes les isoformes de PML a permis de montrer que seules PMLIII et PMLIV confèrent une résistance au Virus de la Stomatite Vésiculaire (VSV). L’effet antiviral de PMLIII n'est observé qu'à faible multiplicité d’infection (MOI) et est indépendant de la production d’IFN. Par contre, PMLIV exerce une puissante activité anti-VSV, y compris à forte MOI et s'exerce selon deux mécanismes distincts : (i) PMLIV inhibe la réplication du VSV par un mécanisme précoce indépendant de l’IFN, (ii) PMLIV augmente tardivement la production d’IFN-β via une plus forte activation d’IRF3 qui est due à la séquestration spécifique de Pin1 au sein des CN par PMLIV. Ces deux processus nécessitent la SUMOylation de PMLIV. Ces résultats montrent que PMLIV exerce une activité antivirale intrinsèque et est impliquée dans l’immunité innée en régulant positivement la voie de transduction conduisant à la synthèse d’IFN-β.

  • Titre traduit

    Differencial role of PML isoforms in arsenic trioxyde response and in antiviral defense


  • Résumé

    Interferons (IFNs) are a family of cytokines with antiproliferative and antiviral properties.They activate, via the Jak/Stat pathway, specific genes whose products are the mediators of the biological effects of IFNs. This is the case of PML (Promyelocytic leukemia), also known as TRIM19, which plays a central role in antiviral defense.PML belongs to the Tripartite Motif (TRIM) protein family, characterized by the presence of an N- terminal RBCC pattern, consisting of a RING domain, one or two B-boxes and a coiled-coil domain. PML was identified in acute promyelocytic leukemia, a disease caused by the chromosomal translocation t(15 ;17), which fuses the PML and RARA genes, leading to the synthesis of a chimeric protein PML-RARA . Arsenic trioxide (As2O3) targets the PML moiety of the oncogenic protein, resulting in its degradation and in the complete remission of patients.In healthy cells, PML transcripts derived from a single gene generate seven major isoforms of PML by alternative splicing, including six nuclear (PMLI to PMLVI) and one cytoplasmic (PMLVIIb). All share the same N-terminus but differ at their C-terminus, giving each isoform specific functions.PML is the organizer of a multi-protein structure called nuclear bodies (NBs) that are involved in various cellular processes such as apoptosis, protein degradation or antiviral defense.PML is covalently modified by SUMO at three lysine residues (K65, K160, K490) but also non-covalently via its SIM domain (for « SUMO Interacting Motif »). These modifications are required for the formation of functional NBs and the recruitment of partner proteins within them.The aim of my thesis was to study the differential role of the different PML isoforms in response to As2O3 and during viral infection.We have shown that the SIM PML SIM is necessary for its degradation in response to As2O3. This motif is present in all PML isoforms, except the nuclear PMLVI and the cytoplasmic PMLVIIb isoforms. The SIM of PML is not required for its SUMOylation and its interaction with RNF4 (the E3 ubiquitin ligase responsible for PML proteasome-dependent degradation). However, this motif is required for the ubiquitination of PML, the recruitment of proteasome components and the degradation of PML in response to As2O3.Concerning the antiviral properties of PML, the study that we conducted with all PML isoforms allowed us to show that only PMLIII and PMLIV confer resistance to Vesicular Stomatitis Virus (VSV). Whereas the antiviral activity of PMLIII is only observed at low multiplicity of infection (MOI) and is independent of IFN production, PMLIV has a potent anti-VSV activity, including at high MOI, which is mediated through two distinct mechanisms: (i) PMLIV inhibits the replication of VSV by an early and IFN-independent mechanism, (ii) PMLIV later increases the production of IFN-β via a stronger activation of IRF3, which is due to the specific sequestration of Pin1 by PMLIV within NBs. Both processes require the PMLIV SUMOylation. These results show that PMLIV has an intrinsic antiviral activity and is also involved in innate immunity by positively regulating the transduction pathway leading to IFN-β synthesis.


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