Virologie moléculaire d'un rétrovirus endogène humain fonctionnel

par Cécile Lemaître (Lemaître)

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie. Virologie

Sous la direction de Thierry Heidmann.

Le président du jury était Sylvie Van der Werf.

Le jury était composé de Thierry Heidmann, Sylvie Van der Werf, Jean-Luc Battini, Frédérick Arnaud, Claudine Pique, Uriel Hazan.

Les rapporteurs étaient Jean-Luc Battini, Frédérick Arnaud.


  • Résumé

    Environ 8% du génome humain est constitué de rétrovirus endogènes (HERV). La famille de bétarétrovirus HERV-K(HML2), l'une des plus actives chez l'homme, est entrée il y a 45 millions d'années dans le génome des primates et s'est amplifiée efficacement depuis, et ce malgré l'existence de nombreuses protéines cellulaires, appelées facteurs de restriction, qui s'opposent à la réplication du virus dans la cellule hôte. La Tetherin/BST2, l'un d'entre eux, est une protéine membranaire capable de bloquer le relargage des virions dans le milieu extracellulaire et est active sur la plupart des virus enveloppés testés jusqu'à présent, en particulier HERV-K(HML2). Nous avons tout d'abord mis en évidence que l'enveloppe (Env) de la famille HML2 est un antagoniste de la Tetherin, propriété qui a pu contribuer au succès de l'amplification de la famille HERV¬K(HML2) dans les génomes. Plusieurs domaines de l'enveloppe coopèrent pour s'opposer à l'action du facteur de restriction : la SU (domaine d'interaction), ainsi que la partie transmembranaire, alors que la queue cytoplasmique n'est pas indispensable. Le mécanisme de cette inhibition n'a pas été encore complètement élucidé, mais l'on sait, comme pour la glycoprotéine d'Ebola, que l'Env HERV-K(HML2) n'induit ni relocalisation, ni dégradation de la Tetherin. Etant donné le grand polymorphisme insertionnel de la famille HERV-K(1-IML2), il est très probable que cette activité anti-Tetherin endogène soit variable entre les individus, ce qui pourrait avoir des conséquences dans les pathologies où les éléments HERV-K(HML2) sont spécifiquement induits. Parmi ces pathologies, les cancers de la peau, du sein et de la lignée germinale présentent une association particulièrement forte avec l'expression de l'Env HERV-K(HML2), que nous avons voulu mieux comprendre dans la suite de ces travaux de thèse. Nous avons dans un premier temps montré que l'expression de l'Env dans des cellules humaines non transformées de l'épithélium de sein (MCF10A), induit la transition vers un phénotype mésenchymateux (EMT, transition épithélio-mésenchymateuse), caractéristique de l'apparition de métastases dans les cancers. Cette transition est associée à une augmentation de la mobilité des cellules (mise en évidence dans des tests Transwell), à un changement de morphologie des cellules et à une modification du profil d'expression de quelques marqueurs moléculaires caractéristiques (E-cadherin, N-cadherin, vimentin, fibronectin). Grâce à une étude transcriptomique en cellules 293T, nous avons mis en évidence que l'expression de l'Env HERV-K induit fortement plusieurs facteurs de transcription : ETV4, ETVS, ainsi que EGR1, qui ont été identifiés comme des marqueurs du processus de tumorigénèse dans différents modèles. Nous avons également montré que l'Env HERV-K active la voie des MAP kinases via ERK 1/2 —dérégulée dans un grand nombre de cancers- en amont de la kinase Raf. Ces phénomènes d'induction de la transduction de signal requièrent la présence de la queue cytoplasmique de l'enveloppe. De façon remarquable, seule l'enveloppe du bétarétrovirus de mouton JSRV, oncogénique in vivo, est capable d'activer les mêmes voies de signalisation, ce qui renforce l'hypothèse d'une implication de l'Env HERV-K(HML2) dans la tumorigenèse.

  • Titre traduit

    Molecular virology of a functionnal human endogenous retrovirus


  • Résumé

    Human endogenous retroviruses (HERV) represent about 8% of our genomic content. HERV-K(HML2) betaretroviral family is one of the most active in humans. Although it entered 45 million years ago in the primate genomes, its members have amplified quite recently despite the existence of restriction factors, which are host proteins blocking viral replication in cells. Tetherin/BST2 is one of them and acts by keeping the viral particles attached to the cell surface. It targets most enveloped viruses tested so far including HERV-K(HML2). We show that the envelope protein (Env) of HML2 family is an antagonist of Tetherin retriction, property that probably helped the endogenous retrovirus to efficiently amplify in the genomes. We mapped several domains required for antagonism : the surface subunit of Env (SU), which interacts with Tetherin, and the transmembrane. We also show that the cytoplasmic tail is dispensable for counteraction. Similar to Ebola glycoprotein, HERV-K(HML2) Env does not mediate Tetherin degradation or cell surface removal; therefore, it uses a yet-undescribed mechanism to inactivate the restriction factor. Due to their recent amplification, HERV-K(HML2) elements are extremely polymorphic in the human population, and it is likely that individuals will not all possess the same anti-Tetherin potential. This could have functional consequences in pathologies where HERV-K(HML2) is specifically induced. Among them, melanomas, breast cancers and germ line tumors display a strong association with HML2 Env expression, that we wanted to better analyse. We first show that Env expression in a model of epithelial human breast cancer cells induces the so-called EMT (epithelial mesenchymal transition), critical for cancer progression and the process of metastasis. This includes enhanced migratory capacities (shown by transwell assays), changes in cell morphology and characteristic modifications in a set of molecular markers (e.g. E-cadherin, N-cadherin, vimentin, fibronectin). Microarray experiments performed in 293T cells revealed that HERV-K(HML2) Env is a strong inducer of several transcription factors, namely ETV4, ETVS and EGRI, which have been associated with cellular transformation. Importantly, we also show that HERV-K(HML2) Env activates the MAP kinase pathway via ERK 1/2, key player in numerous cancers. This induction occurs upstream of the kinase Raf and involves the cytoplasmic tail of HERV-K(HML2) Env. In addition, this phenomenon is very specific, being absent with every other Env tested, except for JSRV Env which is already known to have transforming properties in vivo.

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