Caractérisation d’une nouvelle fonction de la protéine Us11 dans l’échappement à l’autophagie par le virus Herpès Simplex de type 1

Characterization of a novel function of Us11 protein in HSV-1 escape from autophagy

• Auteur / Autrice : Marion Lussignol
• Direction : Audrey Esclatine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 26/03/2013
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Innovation Thérapeutique : du Fondamental à l'Appliqué (Châtenay-Malabry, Haut-de-Seine ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Réponses cellulaires aux microorganismes pathogènes
• Jury : Président / Présidente : François Lefèvre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Audrey Esclatine, François Lefèvre, Mathias Faure, Arnaud Moris, Marc Labetoulle, Séverine Lorin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mathias Faure, Arnaud Moris

Mots clés

Mots clés contrôlés

Immunomodulation

Herpèsvirus humain 1

Mots clés libres

Autophagie

HSV-1

Us11

PKR

ICP34.5

Beclin 1

Autophagy

HSV-1

Us11

PKR

ICP34.5

Beclin 1

Résumé

L’autophagie est un mécanisme vacuolaire de dégradation de matériel cytoplasmique permettant le maintien de l’homéostasie cellulaire, mais elle peut être également activée par de nombreux stress, comme l’infection virale. Le virus de l’Herpès Simplex de type 1 (HSV 1) est capable de contrecarrer ce mécanisme de défense antivirale. HSV-1 possède une protéine ICP34.5 capable d’inhiber l’autophagie en se liant à Beclin 1, une protéine de la machinerie autophagique. Nous avons mis en évidence une deuxième protéine d’HSV-1 capable d’inhiber l’autophagie, la protéine tardive Us11, qui pourrait avoir un rôle complémentaire à celui d’ICP34.5 dans le contrôle de l’autophagie par le virus.Nous montrons que l’expression ectopique d’Us11 permet de bloquer l’autophagie induite par différents stimuli, et ce de manière similaire à ICP34.5. De plus, dans un contexte viral, l’expression précoce d’Us11 dans des cellules infectées par un virusICP34.5 permet un contrôle de l’autophagie comparable à celui d’un virus sauvage. Nous avons ensuite recherché le mécanisme d’action d’Us11. La protéine Us11 a été décrite comme pouvant interagir avec la kinase dépendante de l’ARN double brin PKR, empêchant ainsi la phosphorylation de son substrat eIF2, un facteur d’initiation de la traduction. Nous avons observé qu’en l’absence de PKR, Us11 n’est plus capable d’inhiber l’autophagie. Nous avons pu confirmer qu’Us11 a besoin de se lier à PKR pour exercer son activité inhibitrice par la construction de formes tronquées d’Us11, permettant de montrer l’importance de son domaine d’interaction avec PKR dans l’inhibition de l’autophagie. L’étude des formes tronquées d’Us11 a soulevé le fait que le domaine N-terminal était également nécessaire. Aucune interaction de ce domaine avec une protéine cellulaire n’a été identifiée à ce jour, mais il pourrait permettre l’interaction d’Us11 avec une autre protéine de la machinerie autophagique. Cependant, nous avons montré qu’Us11 n’interagissait pas avec Beclin 1 et n’avait pas d’effet sur la kinase mTOR, une autre voie importante de l’autophagie. Enfin, nous avons étudié la modulation de la voie PKR/eIF2 lors de la stimulation de l’autophagie par la carence, et nos résultats suggèrent que cette voie joue un rôle sous-estimé dans la réponse à la carence.Le mécanisme d’action de la protéine Us11, qui consiste en un blocage de l’autophagie en inhibant PKR, n’avait jamais été décrit auparavant. Ce travail ouvre de nombreuses perspectives dans l’étude de la voie PKR/eIF2 vis à vis de la régulation de l’autophagie, ainsi que dans la compréhension de l’implication de l’autophagie dans la neurovirulence d’HSV-1.

Autophagy is an evolutionary conserved vacuolar mechanism allowing to degrade cytoplasmic components and to maintaining cellular homeostasis, but it can also be triggered by a variety of stress-related conditions, including viral infection. The herpes simplex virus 1 (HSV-1) is able to counteract this antiviral mechanism. Notably, HSV-1 encodes a protein, IPC34.5, which inhibits autophagy through its interaction with the autophagy machinery protein Beclin 1. In the present work, we uncovered a second anti-autophagic protein from HSV-1, the late protein Us11, which likely plays a complementary role to ICP34.5 regarding the inhibition of autophagy by the virus. We demonstrated that ectopic expression of Us11 inhibited autophagy triggered by different stimuli, as observed for ICP34.5. Moreover, during viral infection, early expression of Us11 was sufficient to block autophagy in cells infected with a ICP34.5 virus, similarly to the wild-type virus. We then explored the mechanism of action of Us11. Us11 has been described as capable of interacting with the dsRNA-dependent kinase PKR, therefore preventing it to phosphorylate its substrate eIF2, a translation initiation factor. We demonstrated that Us11 was no longer able to inhibit autophagy when expressed in PKR-deficient cells. We confirmed that Us11 binding to PKR was necessary for its function by constructing various truncated forms of Us11 that showed that the PKR-binding domain was crucial. We also unveiled the importance of a domain located within the N-terminal part of Us11. This domain has no cellular molecular partner known, but it can allow Us11 to interact with another protein of the autophagy machinery. However, we further showed that Us11 did not interact with Beclin 1 nor affected the kinase activity of mTOR, another important pathway regulating autophagy. In our work, we also gained insights into regulatory mechanisms of starvation-induced autophagy.The inhibition of autophagy through the specific blockade of PKR by Us11 had never been previously described. This work thus paves the way for studying the involvement of PKR/eIF2 pathway in the regulation of autophagy and for exploring the role of autophagy in HSV-1 neurovirulence.