Thèse Année : 2023

Cellular cofactors of Chikungunya virus nsP1 methyl-guanylyltransferase and mechanisms of virus-induced membrane remodeling

Cofacteurs cellulaires de la méthyl-guanylyltransférase nsP1 du virus Chikungunya et mécanismes de remodelage membranaire

Résumé

The Chikungunya virus (CHIKV) is an emerging mosquito-borne virus, transmitted by Aedes mosquitoes, with a significant impact on human health. In humans, it can cause debilitating and persistent arthralgia. Currently, there is no vaccine or specific antiviral treatment targeting CHIKV. The CHIKV genome encodes four non-structural proteins. Among them, the viral methyl-guanylyl transferase nsP1 is responsible for anchoring the viral replication complex to the lipid bilayer. Assembled in a dodecameric form, nsP1 creates a pore located at the neck of CHIKV replication organelles, ensuring the organization and maintenance of these membranous compartments essential for viral genome replication. When expressed alone, nsP1 induces dramatic membrane deformations of the host plasma membrane resembling filopodia. This phenotype requires the presence of the nsP1 palmitoylation domain. However, the mechanisms involved in the membrane deformation function of nsP1 remained unknown. Therefore, the objective of this thesis was to investigate the cellular mechanisms contributing to nsP1-mediated membrane deformation. We characterized the filopodia formed by nsP1 as actin-rich, highly dynamic membrane protrusions. Using siRNA knockdown and chemical inhibitors, we identified the Rho-GTPase Rac1, the serine/threonine kinase PAK1, and the actin-nucleating protein Arp2 as key players in the formation of these membranous extensions. To further elucidate the underlying mechanisms, we analyzed the nsP1 interactome through mass spectrometry. Among the identified cellular partners, we demonstrated the functional role of HAX1 and SCRIB proteins, which are also involved in regulating the Rac1-PAK-Arp2 signaling pathway. Beyond their critical role in filopodia formation, these nsP1 partners were found to be essential for the replication of CHIKV and related Alphavirus genomes in infected cells. These findings highlight the existence of common mechanisms between nsP1-induced membrane deformations and viral replication.
Le virus Chikungunya (CHIKV) est un virus émergent à fort impact sur la santé humaine vectorisé par les moustiques du genre Aedes. Il peut être la cause d’arthralgies invalidantes et persistantes. Le CHIKV n’est, à l’heure actuelle, la cible d’aucun vaccin ou traitement antiviral spécifique. Le génome du CHIKV code pour quatre protéines non structurales. Parmi ces protéines, la méthyl-guanylyl-transférase virale nsP1 est responsable de l’ancrage du complexe de réplication viral dans la bicouche lipidique. Assemblée sous forme dodécamérique, nsP1 forme un pore située au col des organelles de réplication du CHIKV assurant l’organisation et la maintenance de ces compartiments indispensables à la réplication du génome viral. Lorsqu’elle est exprimée isolément, la protéine nsP1 génère des déformations membranaires de la cellule hôte semblables à des filopodes. Ce phénotype nécessité la présence du domaine de palmitoylation de nsP1. Les mécanismes impliqués dans la fonction de déformation membranaire de nsP1 sont inconnus. L’objectif de cette thèse a consisté à rechercher les mécanismes cellulaires contribuant à la fonction de déformation membranaire de nsP1. Nous avons caractérisé les filopodes formés par la protéine nsP1 isolée comme des protrusions membranaires riches en actine et hautement dynamiques. Des approches d’invalidation par siRNA et par inhibiteurs chimiques nous ont permis d’identifier la Rho-GTPase Rac1, la sérine/thréonine kinase PAK1 et la protéine nucléatrice d’actine Arp2 comme des acteurs essentiels dans la formation de ces extensions membranaires. Afin de préciser les mécanismes impliqués, nous avons analysé l’interactome de nsP1 par spectrométrie de masse. Parmi les partenaires cellulaires identifiés, nous avons démontré le rôle fonctionnel des protéines HAX1 et SCRIB, également impliquées dans la régulation de la voie Rac1-PAK-Arp2. Outre son rôle critique dans la formation de filopodes, ces partenaires de nsP1 se sont avérés indispensables dans la cellule infectée pour la réplication du génome du CHIKV et d’Alphavirus proches. Ces observations mettent en lumière l’existence de mécanismes communs aux déformation membranaires induites par nsP1 et à réplication virale.
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Dates et versions

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  • HAL Id : tel-04958595 , version 1

Citer

Olivier Aïqui-Reboul-Paviet. Cofacteurs cellulaires de la méthyl-guanylyltransférase nsP1 du virus Chikungunya et mécanismes de remodelage membranaire. Sciences du Vivant [q-bio]. Université de Montpellier, 2023. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04958595⟩
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