Immunité innée et contre-mesures virales : études structurales et biophysiques du complexe formé entre la cytidine désaminase humaine APOBEC3G et le facteur d'infectivité virale du VIH-1

Innate immunity and viral countermeasures : structural and biophysical studies of the complex formed between the human cytidine deaminase APOBEC3G/F and the HIV-1 viral infectivity factor Vif

• Auteur / Autrice : Joelle Mezher
• Direction : Éric Ennifar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 29/09/2015
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Architecture et réactivité de l'ARN (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Marc Ruff
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Ruff
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Carine Tisné, Sébastien Fribourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gènes vif

Dissertations universitaires

VIH-1 (Virus de l'Immunodéficience Humaine de type 1)

Cristallographie

Résistance aux maladies

ARN -- Réplication

Antiprotéases du VIH

Génétique

Infections à VIH

Mots clés libres

VIH-1

Immunité innée

Facteurs de restriction virale

Vif

APOBEC

Structure

Cristallographie

HIV-1

Innate immunity

Viral restriction factors

Vif

APOBEC

Structure

Crystallization

Résumé

La protéine Vif (Viral infectivity factor) joue un rôle essentiel dans la réplication virale et dans le pouvoir infectieux du VIH-1. Elle est aussi qualifiée de « protéine de contre-défense » car elle neutralise un facteur cellulaire à action antivirale, APOBEC3 en recrutant le complexe de la E3 ubiquitine ligase formé de CBFβ/EloB/EloC/Cul5/Rbx2, qui va entrainer sa polyubiquitinilation et sa dégradation. APOBEC3 comprend une famille de protéines présentes dans les mammifères et capable d'induire des mutations dans l'ADN viral.La structure tridimensionnelle des molécules et complexes macromoléculaires étant intimement liée à la fonction, il est primordial de connaître la place d’A3G/F dans le complexe Vif-CBFβ-EloB-EloC ainsi que les détails des interactions entre Vif et A3G/F, ceci dans une perspective thérapeutique.La co-expression des différentes protéines de ce complexe a été réalisée dans deux systèmes d’expression : bactérien (E. coli) et eucaryote (BHK21) dû au manque de solubilité d’APOBEC et de la difficulté de sa cristallisation. Une fois les protéines exprimées et le complexe Vif-CBFβ-EloB-EloC-A3G/F formé dans les deux systèmes, des tests de cristallisation et des études structurales seront réalisés pour caractériser la structure et la fonction des protéines.Dans E. coli, j’ai réussi à obtenir le complexe Vif/CBFβ/EloB/EloC/Cul5 in vivo et in vitro de manière soluble, pure, monodisperse ainsi qu’en quantité adéquate avec les études biophysiques envisagées. Par contre, je n’ai pas réussi à surexprimer A3G. En passant dans les cellules de hamster BHK21 et en appliquant la technique du virus de la vaccine, nous avons réussi à obtenir le complexe Vif-CBFβ-EloB-EloC-A3G/F mais en quantité insuffisante pour la cristallisation.Les perspectives de ce projet seront d’améliorer : (1) les rendements du complexe pour des tests de cristallisation et (2) la pureté du complexe pour réaliser la cryo-microscopie électronique.

APOBEC3 are human antiviral cytidine deaminase and RNA/DNA-editing enzymes that belong to the innate immune defense system, targeting retroviruses or retrotransposons. Among all APOBEC3 proteins, hA3B, hA3C, hA3DE, hA3F and hA3G are able to interfere negatively with HIV-1 infectivity: they induce a deamination of dC to dU in the minus strand DNA, resulting in G to A hypermutation in the plus strand DNA. This hypermutation results either into a degradation of U-rich DNA strands by the uracyl-DNA glycosylase or into the production of aberrant viral protein. In addition, a deaminase-independent mechanism is able to inhibit the HIV-1 reverse transcription through a yet unknown mechanism.To evade the host defense system, HIV expresses the virion infectivity factor, Vif, which causes the degradation of APOBEC3G by the proteasome by recruiting the E3 ubiquitin ligase complex composed of the CBFβ, EloB, EloC, Cullin5, Rbx2 proteins. The goal of this study will be the determination of the X-ray structure of the Vif/APOBEC-3 complex. Understanding this molecular recognition might be useful to direct structure-based design of anti-HIV drugs that act by inhibiting the action of Vif and lead to new anti-HIV drugs.To overcome the solubility problems of Vif and APOBEC3G/F, a co-expression strategy had been applied with the different E3 ubiquitin ligase proteins both in prokaryotic (E. coli) and eukaryotic (BHK21) systems. Once the complex obtained, we will perform several structural and biophysical studies as well as crystallization trials.In E. coli, I managed to obtain the Vif/CBFβ/EloB/EloC/Cul5 complex in vivo and in vitro, soluble, monodisperse and in good quantities for structural studies. The protein A3G was not obtained in E. coli even by co-expression with the complex.On the other side, I succeeded in obtaining the polyprotein Vif-CBFβ-EloB-EloC-A3G/F complex in the hamster cells (BHK21) by applying the vaccinia virus strategy. Optimizing the yield and the purity is necessary for crystallization and more structural studies.