Host RNA degradation pathways and influenza A virus interplay : identification of a major role of the cellular exonuclease ERI1 in the influenza A virus life cycle

par Marion Declercq

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la santé. Virologie

Sous la direction de Sylvie Van der Werf.

  • Titre traduit

    Mécanismes de dégradation de l'ARN chez l'hôte et interaction du virus de l'influenza de type A : identification d'un rôle central de l'exonucléase ERI1 cellulaire dans le cycle de vie du virus de l'influenza de type A


  • Résumé

    Les mécanismes de dégradation de l'ARN représentent un processus cellulaire central. En effet, ils contrôlent la stabilité et la qualité de l'ARN et, par conséquent, régulent l'expression des gènes. D’une part, la régulation de la stabilité des transcrits est un élément essentiel au maintien de l’homéostasie cellulaire mais aussi à l’établissement d’une réponse cellulaire adaptée en cas d’infection virale. D’autre part, le succès de l’infection virale dépend fortement de la capacité du virus à prendre le contrôle des machineries d’expression géniques cellulaires. De ce fait, les virus doivent interagir avec les machineries cellulaires de dégradation de l’ARN afin de contrôler à la fois, l’expression des gènes cellulaires, et celle des gènes viraux. De nombreuses études rapportent l’existence d’une interface majeure d’interaction entre les machineries eucaryotes de dégradation de l’ARN et les protéines virales. Les virus ont non seulement la capacité d’échapper aux voies cellulaires de dégradation, mais ils peuvent également manipuler ces mécanismes cellulaires de dégradation de l’ARN afin de promouvoir leur propre réplication.Les virus influenza de type A (IAV) sont des agents pathogènes majeurs responsables d'épidémies annuelles et de pandémies occasionnelles. Pour leur cycle de réplication, les IAV dépendent de nombreuses protéines cellulaires et établissent ainsi un vaste et complexe réseau d’interactions avec le protéome cellulaire. Par ailleurs, plusieurs études rapportent l’existence de liens étroits entre les IAV et les machineries de dégradation de l’ARN. Ainsi, identifier les interactions mises en jeu lors du cycle viral participe à une meilleure compréhension du cycle viral, nécessaire au développement de stratégies antivirales. Nous avons recherché des interactions entre les protéines virales impliquées dans la réplication des IAV et un ensemble de 75 protéines cellulaires portant des activités exoribonucléases et/ou associées aux mécanismes de dégradation de l'ARN. Au total, 18 protéines ont été identifiées comme interagissant avec au moins une des protéines virales testées. Par ailleurs, l'analyse du réseau d'interaction a mis en évidence un ciblage spécifique et préférentiel des voies de dégradation de l'ARN par les protéines des IAV. Enfin, parmi les interacteurs validés, un criblage par ARN interférence a identifié neuf facteurs comme étant nécessaires à la multiplication virale.Nous avons choisi de nous concentrer sur l’exoribonucléase 1 (ERI1), identifiée comme interacteur de plusieurs composants des RNPv (RiboNucleoProtéine virale) (PB2, PB1 et NP). ERI1, via ses différents rôles dans l’homéostasie des petits ARN régulateurs, dans la maturation des ARN ribosomiques ou dans la maturation et la dégradation des ARNm histones possède un rôle central dans le contrôle de l’expression génique. En explorant l’interaction entre ERI1 et les protéines virales au cours de l’infection, nous avons mis en évidence que i) ERI1 favorise la transcription virale et que, pour ce faire, ses deux activités - liaison à l’ARN et exonucléase - sont nécessaires, ii) ERI1 interagit avec les protéines virales de manière dépendante de l’ARN, iii) ERI1 interagit avec les RNPv, iv) les protéines virales interagissent avec une forme d'ERI1 associée aux ARNm histones. Ainsi, nos données tendent vers un modèle dans lequel ERI1 associée aux ARNm histones est cooptée par la polymérase virale en transcription, favorisant ainsi la multiplication des IAV par un mécanisme qui reste cependant encore à déterminer. Ainsi, le ciblage de ERI1 par les IAV représente un autre exemple du détournement des machineries de dégradation de l’ARN par les virus, visant à créer un environnement cellulaire favorable à la réplication virale.


  • Résumé

    RNA decay is a central cellular process as it regulates RNA stability and quality and thereby gene expression, which is essential to ensure proper cellular physiology and establishment of adapted responses to viral infection. Global takeover of gene expression machineries and rewiring of the cellular environment is key to the success of viral infection. Cellular proteome and viral replication are tightly connected and cellular RNA processing, stability, quality and decay accordingly influence the fate of the viral cycle. Growing evidence points towards the existence of a large interplay between eukaryotic RNA turnover machineries and viral proteins. Viruses not only evolved mechanisms to evade those RNA degradation pathways, but they also manipulate them to promote viral replication.Influenza A viruses (IAV) are major pathogens responsible for yearly epidemics and occasional pandemics. To complete their viral cycle, IAVs rely on many cellular proteins and establish a complex and highly coordinated interplay with the host proteome. Growing evidence supports the existence of a complex interplay between IAV viral proteins and RNA decay machineries. Unraveling such interplay is therefore essential to gain a better understanding of the IAV life cycle, required for the development of antiviral strategies. This led us to systematically screen interactions between viral proteins involved in IAV replication and a selected set of 75 cellular proteins carrying exoribonucleases activities or associated with RNA decay machineries. A total of 18 proteins were identified as interactors of at least one viral protein tested. Analysis of the interaction network highlighted a specific and preferential targeting of RNA degradation pathways by IAV proteins. Among validated interactors, a targeted RNAi screen identified nine factors as required for viral multiplication. We chose to focus on the 3’-5’ exoribonuclease 1 (ERI1), found in our screen as an interactor of several components of the vRNPs (viral RiboNucleoProtein) (PB2, PB1 and NP). The ERI1 protein is a major player in the control of cellular gene expression as it is essential for the maturation and decay of histone mRNA, maturation of 5.8S rRNA and miRNA homeostasis in mammalian cells. Exploring the interplay between ERI1 and viral proteins during the course of IAV infection we found that i) ERI1 promotes viral transcription, and both of its activities – RNA binding and exonuclease – are required, ii) ERI1 interacts with viral proteins in an RNA dependent manner, iii) ERI1 interacts with the transcribing vRNPs, iv) viral proteins interact with a form of ERI1 that is associated to histone mRNA. Ultimately, our data point to a model where ERI1 associated to histone mRNA is co-opted by the transcribing viral polymerase, thereby promoting IAV multiplication, through a mechanism that remains to be precisely determined. Targeting of ERI1 by IAV is another example further supporting the intricate interplay between IAV and RNA decay machineries, used to rewire cellular gene expression in order to create a favorable environment for viral replication.

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