UMR 944 - 7212 – Equipe 4 - Dynamic of retroviruses and retrotransposons

Les rétroéléments à LTR (rétrovirus et rétrotransposons à LTR) sont des éléments génétiques mobiles présents dans la plupart des génomes eucaryotes. Ils contribuent à l’évolution des espèces en modifiant la structure, l’expression et la stabilité des génomes. Ils influencent également la physiologie de la cellule et peuvent induire l’apparition de maladies dans la plupart des organismes. Leur réplication se distingue par la transcription inverse de leur génome ARN en une molécule d’ADN complémentaire qui est ensuite intégrée dans la chromatine de la cellule hôte. Cette dernière étape est catalysée par l'intégrase du rétroélément. 

Les rétrovirus sont largement répandus chez les mammifères et comprennent des pathogènes humains importants tels que le virus de l'immunodéficience humaine acquise (VIH), l'agent causal du SIDA. Les rétrotransposons à LTR sont étroitement liés aux rétrovirus et partagent une même organisation génomique, hormis l’absence du gène env nécessaire au transfert horizontal des particules infectieuses. De ce fait, leur réplication est exclusivement intracellulaire, ce qui représente une menace permanente pour l’intégrité du génome hôte (figure).

Pour leur réplication, les rétroéléments exploitent de nombreuses machineries cellulaires, souvent très conservées de la levure à l’homme. D’autre part, les cellules ont mis en place des stratégies de défense pour restreindre l’activité des rétroélements et limiter les conséquences néfastes de leur réplication sur le devenir de la cellule.

Nos travaux visent à caractériser les interactions moléculaires établies entre la cellule et les rétroélements, au cours de leur réplication. Nous utilisons trois rétroélements modèles complémentaires : le rétrovirus pathogène VIH-1, le rétrovirus non pathogène Foamy (FV) et le rétrotransposon Ty1 de la levure Saccharomyces cerevisiae. 

CONTRIBUTIONS MAJEURES

Nous nous intéressons particulièrement aux étapes de la réplication situées entre l’entrée du rétrovirus dans la cellule (ou après l’export de l’ARN du rétrotransposon dans le cytoplasme) et leur intégration dans le génome hôte. Nos contributions majeures sont :

Sélectivité d’intégration de Ty1, impact sur le génome et régulation par le stress

- La première image complète de l'expression de tous les exemplaires d'un rétroélément endogène à leur localisation génomique et la description du rôle de la structure de la chromatine et des facteurs de transcription dans la différence d’expression des copies endogènes de Ty1 (Morillon et al. MCB 2002).

- Différentes conditions de stress environnemental affectent la transcription et la rétrotransposition de Ty1 (Morillon et al. MCB 2000, Todeschini et al. MCB2005, Sacerdot et al. Yeast 2005).

- Une carence aigüe en ATP ou ADP régule la transcription sens et antisens de Ty1 par le biais du facteur de transcription Tye7 (Servant et al. NAR 2012) et active l'expression de gènes adjacents à Ty1 (Servant et al. MCB 2008).

- La sous-unité AC40 de l’ARN polymérase III interagit avec l’intégrase de Ty1 et joue un rôle essentiel dans l’intégration ciblée de Ty1 en amont des gènes transcrits par Pol III (Bridier-Nahmias et al. Science 2015).

Traffic intracellulaire des particules virales et intégration du génome viral dans le génome de l’hôte

- Les particules virales utilisent le réseau de microtubules pour rejoindre le centrosome (ou centre organisateur des microtubules), situé sur leur parcours vers le noyau. La protéine Gag, principal composant du “core“ viral, joue un rôle clé en recrutant la dynéine, un moteur moléculaire rétrograde (Saib et al.J Virol 1997, Petit et al. J Cell Sci 2003).

- Le clivage par des protéases cellulaires et virales de la protéine Gag provoque le désassemblage du “core“ viral au centrosome (Lehman-Che et al. J Virol 2005).

- Dans des cellules T quiescentes, le centrosome est un sanctuaire pour les particules infectieuses du FV et du VIH-1, où elles s’accumulent et persistent plusieurs jours après l’infection jusqu’à réactivation de la réplication virale par stimulation de la division cellulaire (Lehmann-Che et al. J Virol 2005, Renault et al. PLoS Path 2007, Zamborlini et al. Retrovirology 2007).

- La protéine Gag du FV est impliquée dans les étapes nucléaires de la réplication virale précédant l’intégration. En interagissant avec les histones H2A/H2B, Gag agit comme facteur d’ancrage du génome viral sur la chromatine cellulaire (Tobaly-Tapiero et al. Traffic 2008). La protéine Gag contient une séquence d’export nucléaire dépendant de Crm1 qui serait nécessaire aux étapes tardives de la réplication virale (Renault et al. Retrovirology 2011).

Transmission du Virus Foamy du singe à l’homme

- Outre ces aspects fondamentaux de la biologie des rétroéléments, nous étudions la transmission du FV du singe à l’homme en collaboration avec les équipes de A. Gessain & M. Kazanji à l’Institut Pasteur.

- Nous avons isolé FV acquis par l'homme après contact avec des primates non humains, caractérisé son statut virologique et sérologique et étudié le mode de transmission entre les espèces, afin de comprendre les événements précoces de l'infection rétrovirale émergence chez l'homme (Calattini et al. Emerg Infect Dis. 2007, Mouinga-Ondémé et al. Retrovirology 2010, Mouinga-Ondémé et al. J Virol 2012, Rua et al. J. Virol 2013). 

Modification post-traductionnelle (SUMO) et régulation de la réplication virale

- Nous avons montré que l’intégrase du VIH-1 est modifiée par les protéines SUMO. Cette modification de l’intégrase stimule l‘infection virale probablement en modulant son interaction avec ses cofacteurs (Zamborlini et al. JCB 2011).

- Nous avons développé un outil de prédiction de motifs SUMO et SIM : JASSA (Beauclair et al. Bioinformatics 2016).