Identification de structures d'ARN G-quadruplex dans les virus SARS-CoV-2, SARS-CoV, MERS-CoV et Ebola. Ciblage de ces structures avec des nouveaux dérivés de dibenzoacridinium

Identification of RNA G-quadruplex structures in SARS-CoV-2, SARS-CoV, MERS-CoV and Ebola viruses. Targeting of these structures with novel dibenzoacridinium derivatives

• Auteur / Autrice : Amani Kabbara
• Direction : Samir Amrane
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Interface Chimie Biologie
• Date : Soutenance le 16/12/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Acides Nucléiques : Régulations Naturelle et Artificielle
• Jury : Président / Présidente : Geneviève Pratviel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Geneviève Pratviel, David Monchaud, Marc Lavigne, Brahim Heddi, Patrizia Alberti
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Geneviève Pratviel, David Monchaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Virus Ebola

Ligands (biochimie)

Acides nucléiques

ARN viral

Épidémies

Mots clés libres

Coronavirus

ARN G-Quadruplex

Acides nucléiques

Ligands

Molecules antivirales

Virus Ebola

Coronavirus

RNA G-Quadruplex

Nucleic acids

Ligands

Antiviral molecules

Ebola virus

Résumé

De nos jours, les pandémies virales sont de plus en plus fréquentes. Les virus se propagent rapidement dans de vastes zones géographiques et provoquent des épidémies, comme cela a été observé récemment pour les coronavirus et le virus Ebola. En raison de leur impact néfaste sur la santé, l'économie et le bien-être général des populations, la recherche de nouvelles stratégies de lutte contre les virus est devenue un objectif commun pour les chercheurs et les entreprises pharmaceutiques du monde entier.Les G-quadruplexes (ou G4) sont une famille de structures d'acide nucléique non canonique formées par des séquences d'ADN ou d'ARN riches en guanine. Les G4 reposent sur la formation de G-tétrades dans lesquels quatre guanines s'auto-organisent en un agencement planaire par le biais de liaisons hydrogène de type Hoogsteen. Ces structures ont attiré l'attention des scientifiques en raison de leurs caractéristiques très remarquables :Polymorphisme, grande stabilité dans des conditions physiologiques et distribution génomique spécifique qui suggère une fonction biologique. Des études approfondies ont démontré qu'il existe des G4 dans le génome humain et qu'ils jouent un rôle dans la modulation des maladies.Ils sont impliqués dans des processus biologiques clés tels que les mécanismes d'expression des gènes ou la dynamique des télomères. La présence de G4s a également été rapportée dans le génome de plusieurs pathogènes humains. Il est intéressant de noter que plusieurs composés chimiques qui ciblent spécifiquement les structures G4 sont en mesure d'inhiber le VIH-1 et le VHC en stabilisant les G4 viraux situés dans leurs génomes. Par conséquent, ces petits ligands qui se lient aux G4s viraux représentent une nouvelle classe d'agents thérapeutiques pour combattre les infections virales.Au cours de ce travail de doctorat, je poursuivais deux objectifs principaux. Le premier était d'identifier les séquences à la fois conservées au cours de l'évolution et ayant la capacité de former des G4 dans les génomes ARN des virus SARS-CoV-2, SARS-CoV, MERS-CoV et Ebola. Nous avons utilisé une combinaison d'approches bioinformatiques et biophysiques telles que le dichroïsme circulaire, la dénaturation thermique suivies dans l'UV, la RMN et l'électrophorèse en condition native. Nous avons pu identifier deux ARN G4 conservés dans chacun des coronavirus étudiés, principalement situés dans les gènes ORF1a et S. Bien que nous ayons constaté une raréfaction générale des régions G4 dans les coronavirus, la conservation de ces G4 particuliers témoigne de leur importance dans la réplication virale.D'autre part, cinq G4s conservés ont été trouvés dans le virus Ebola. Ils sont situés dans la région non codante du brin positif et dans les gènes NP et GP des brins d'ARN positif et négatif.Ces G4s représentent donc des cibles antivirales potentielles contre les virus Ebola et les Coronavirus. Le deuxième objectif était de concevoir et de synthétiser de nouveaux dérivés de dibenzoacridinium qui pourraient servir de nouveaux ligands de G4 afin de cibler les G4 viraux.Nous avons synthétisé trois dérivés et caractérisé leurs capacités de se lier à plusieurs G4 d'ADN et d'ARN. Nous avons utilisé diverses techniques biophysiques comme le FRET, les tests de suppression de la fluorescence et le dichroïsme circulaire. Ces études ont donné des résultats prometteurs pour l'emploi de ces ligands comme nouveaux agents antiviraux

Nowadays, viral pandemics are becoming increasingly frequent. Viruses spread rapidlyover large geographical areas and cause epidemics, as recently observed for coronaviruses andEbola virus. Because of their detrimental impact on the health, economy, and general wellbeingof populations, the search for new strategies to combat viruses has become a commongoal for researchers and pharmaceutical companies worldwide.G-quadruplexes (or G4s) are a family of non-canonical nucleic acid structures formedby guanine-rich DNA or RNA sequences. G4s are based on the formation of G-tetrads in whichfour guanines self-organize into a planar arrangement through Hoogsteen-type hydrogen bonds.These structures have attracted the attention of scientists because of their prominent features:polymorphism, high stability under physiological conditions and specific genomic distributionthat suggests a biological function. Extensive studies have shown that G4s exist in the humangenome and that they play a role in the modulation of key biological processes such as geneexpression mechanisms or telomere dynamics. . The presence of G4s has also beenreported in the genome of several human pathogens. Interestingly, several chemical compoundsthat specifically target G4 structures are able to inhibit HIV-1 and HCV by stabilizing viral G4slocated in their genomes. Therefore, these small ligands that bind to viral G4s represent a newclass of therapeutic agents to combat viral infections.During this PhD work, I had two main objectives. The first was to identify sequencesthat are both evolutionarily conserved and have the ability to form G4s in the RNA genomes ofSARS-CoV-2, SARS-CoV, MERS-CoV and Ebola viruses. We used a combination ofbioinformatics and biophysical approaches such as circular dichroism, UV monitored thermaldenaturation, NMR and native electrophoresis. We were able to identify two conserved G4RNAs in each of the studied coronaviruses, mainly located in the ORF1a and S genes. Althoughwe found a general depletion of G4 regions in coronaviruses, the conservation of theseparticular G4s reflects their importance in viral replication. On the other hand, five conservedG4s were found in Ebola virus. They are located in the non-coding region of the positive strandand in the NP and GP genes of the positive and negative RNA strands. These G4s thereforerepresent potential antiviral targets against Ebola and Coronaviruses. The second objective wasto design and synthesize novel dibenzoacridinium (DBA) derivatives that could serve as newG4 ligands to target viral G4s. We synthesized three derivatives and characterized their abilitiesto bind to several DNA and RNA G4s. We used various biophysical techniques such as FRETmelting assays, fluorescence quenching assays and circular dichroism. These studies haverevealed promising results for the use of these ligands as novel antiviral agents.