Etudes structurales des polyomavirus BK et JC en interaction avec leurs récepteurs

Structural studies of bk and jc polyomaviruses interactions with their receptors

• Auteur / Autrice : Marie Sorin
• Direction : Dorian Mcilroy, Thilo Stehle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie, médecine et santé
• Date : Soutenance le 15/09/2022
• Etablissement(s) : Nantes Université en cotutelle avec Eberhard-Karls-Universität (Tübingen, Allemagne)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Transplantation et Immunologie
• Jury : Président / Présidente : Antoine Touzé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Morgane Solis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ute Krengel, Marija Backovic

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rein -- Transplantation

Virus à ADN

Mots clés libres

Polyomavirus

Interactions entre virus

BKPyV

Polyomavirus

Interactions between the virus

BKPyV

Résumé

Les polyomavirus BK et JC sont des virus à ADN double brin circulaire dont la capside en forme d'icosaèdre est composée de pentamères de la protéine VP1. Ces virus opportunistes peuvent se réactiver dans des contextes d'immunosuppression et peuvent causer principalement, pour le BKPyV, des néphropathies chez les greffés du rein, et, pour JCPyV, la leuco-encéphalopathie multifocale progressive. Cette thèse a pour but d'étudier les interactions entre ces virus et leurs récepteurs. Le premier projet a pour but de comprendre comment les mutations dans la protéine VP1 du BKPyV, fréquemment observées chez des greffés du rein, influencent le tropisme et la structure du virus. Grâce à des études fonctionnelles et structurales, nous avons pu mettre en évidence deux fonctionnements différents pour deux variants. Le variant N-Q a perdu sa capacité à se fixer aux gangliosides à cause de la mutation de l'acide aminé 69, suggérant que ce variant utilise un autre récepteur pour infecter les cellules 293TT. En revanche, le variant VQQ a un changement de conformation au niveau de la boucle BC et des acides aminés 72 et 73 et, malgré sa capacité à fixer de nombreux gangliosides, ce variant n'est presque pas capable d'infecter les cellules 293TT. Ceci suggère donc que VQQ n'interagit pas avec le récepteur inconnu ciblé par le variant N-Q. De plus, malgré sa fixation à de nombreux gangliosides, le variant VQQ ne semble pas pouvoir infecter efficacement les cellules LNCaP ou GM95 supplémentées. Le deuxième projet de cette thèse a pour but d'étudier le tropisme et la structure des différents génotypes du BKPyV. Les études fonctionnelles ont permis de montrer que les génotypes I, II et Ill étaient assez dépendent des acides sialiques pour l'infection alors que le génotype IV maintient une capacité d'infection de 50% malgré l'absence d'acide sialiques, indiquant donc qu'un autre récepteur semble être utilisé pour l'infection. La structure du pentamère de VP1 du glV ne révèle aucun changement majeur dans sa conformation comparé au gl. Enfin, le troisième projet se focalise sur la caractérisation de l'interaction entre le JCPyV et un de ses récepteurs d'entrée : le récepteur de la sérotonine 5HT2RB. Les pentamères de VP1 et des VLPs du JCPyV ont été purifiés ainsi que le récepteur 5HT2RB. L'objectif a ensuite été de faire du SPR afin de tester si le virus interagissait avec le récepteur via un pentamère uniquement ou à l'interface de multiples pentamères Cependant, les résultats n'ont pas été concluants.

BK and JC Polyomaviruses are double-stranded DNA viruses with an icosahedral capsid mainly composed of pentamers of VP1 protein. These opportunistic viruses can reactivate in immunosuppressive contexts and mainly cause BKPyV associated nephropathy after kidney transplantation or progressive multifocal leukoencephalopathy in case of JCPyV reactivation. This thesis focuses on the study of interactions between the virus and its host receptors. The first project aimed to understand how mutations in the VP1 protein, frequently occurring in kidney graft recipients during persistent BKPyV infection, influence the structure and tropism of the virus. Through functional and structural studies, we were able to highlight two different functional patterns. The N-Q variant lost the ability to interact with sialic acid due to mutation of amino acid 69, but retained significant infectivity in 293TT cells, indicating that a currently unknown sialic acid- independent entry receptor is present on 293TT cells. On the other hand, the VQQ variant had an altered conformation of the BC2 loop caused by mutations of amino acids 72 and 73, and although it had broadened specificity for gangliosides, it was almost non-infectious in 293TT cells. This raises the possibility that VQQ does not interact with the putative sialic acid-independent entry receptor. Moreover, despite displaying a broader ganglioside binding profile, the VQQ variant was not able to infect ganglioside-supplemented GM95 or LNCaP cells. Other variants were also studied, showing also different ganglioside binding profiles and structural changes. The second project of the thesis aimed to study the tropism and the structure of the different BKPyV genotypes. Functional assays highlighted that gl, li and Ill are highly dependent on sialic acids for infection while 50% of infection remains for glV, indicating once again that another receptor can be used for infection. Structuralstudy of glV VP1 pentamer revealed no major structural differences compared to gl. Finally, the third project focused on characterising the interaction between JCPyV and one of its entry receptors: the serotonin receptor 5HTRB. JCPyV VP1 pentamers and VLPs were expressed and purified as well as 5HT2RB. The aim was to perform SPR measurement to know whether the virus interacts with the receptor through a pentamer only or needs the interface of multiple pentamers. However, SPR measurements were not conclusive.