La protéine de nucléocapside (NC) du virus de l’immunodéficience humaine (VIH-1) joue un rôle majeur dans les différentes étapes du cycle viral du VIH-1 : soit comme domaine fonctionnel de la polyprotéine Gag (NC-Gag) dans les phases tardives du cycle viral, soit sous sa forme mature NCp7 dans les phases précoces. Afin de mieux comprendre le rôle de la forme mature dans le cycle viral, nous avons cherché de nouveaux partenaires cellulaires spécifiques de la NCp7 et identifié la protéine nucléolaire, hNoL12, impliquée dans la maturation des ARNs ribosomaux. L’interaction NCp7/hNoL12 a été confirmée par co-IP, FRET-FLIM et double hybride chez la levure et le domaine d’interaction a été localisé entre les a.a. 22 et 61 correspondant au domaine 5’-3’-exonucléase de hNoL12. Nous avons développé un test pour caractériser cette activité et montré qu’elle est spécifique des ARN simples brins. Enfin, l’extinction de l’expression de hNoL12 entraine une diminution significative de l’infection par un lentivecteur modèle des phases précoces de l’infection soulignant l’implication fonctionnelle de hNoL12 dans cette phase de l’infection. Dans un second projet, nous nous sommes intéressés au devenir de la NCp7 dans les cellules infectées, suite à la transcription inverse. Nous avons généré des vecteurs lentiviraux composés de protéines NCp7 fusionnées à une étiquette tétracysteine permettant son marquage spécifique avec le dérivé de la fluorescéine (FlAsH). Nous avons alors étudié, par microscopie confocale, la distribution intracellulaire de la NCp7 dans des conditions proches de l’infection. Nos résultats indiquent qu’une grande partie de la NCp7 se dissocie du PIC durant son transport dans le cytoplasme. Toutefois, la perte de la NCp7 est une étape tardive qui se déroule proche du noyau confirmant ainsi que la décapsidation a lieu à la membrane nucleaire juste avant l’entrée du complexe de préintegration dans le noyau. Le troisième projet a porté sur le développement d’antiviraux ciblant la NCp7. Nous avons travaillé sur la vectorisation et la caractérisation des propriétés antivirales en milieu cellulaire, d’un peptide sélectionné in vitro pour sa capacité à inhiber l’action chaperonne de la NCp7. L’activité antivirale du peptide vectorisé vis-à-vis d’une infection par un vecteur lentiviral basé sur le VIH-1 s’est révélée décevante. / The Human Immunodeficiency Virus-1 (HIV-1) nucleocapsid protein (NC) plays a major role in the different steps of theviral lifecycle under its two forms; either as a domain of the polyprotein Gag (NC-Gag) in the late phase or as a matureNCp7 protein in the early phase. In order to better understand the role of the mature form in the viral cycle, we searchedfor new NCp7 specific cellular partners and identified the nucleolar protein hNoL12 which is known to be involved inthe maturation of ribosomal RNAs. The NCp7/hNoL12 interaction was confirmed by co- IP, FRET-FLIM, and yeast twohybrid. The interaction domain was localized between a.a. 22 and 61 on hNoL12; which corresponds to its putative 5’-3’-exonuclease domain. We developed an assay to monitor this activity and found it to be specific of single strand RNA.Finally, the cellular knockdown of hNoL12 resulted in a significant decrease in the infection by a pseudovirus mimickingthe early phase of the infection, emphasizing the functional involvement of hNoL12 in this phase. In a second project, wewere interested in the fate of the viral incoming NCp7 in the infected cells, after reverse transcription. We thus generatedlentiviral vectors composed of NCp7 fused to a tetracysteine tag enabling its specific labeling with the fluoresceinderivative FlAsH. We then studied by confocal microscopy, the intracellular distribution of NCp7 containing viralparticles in conditions close to the infection. Our results showed that an important proportion of the NCp7 moleculesdissociates from the PIC during its transport in the cytoplasm. However, the loss of NCp7 is a late step of this processand seems to take place close to the nucleus suggesting that the dissociation of the capsid occurs at the nuclear membranejust before the nuclear entry of the PIC. The third project concerns the development of antiviral inhibitors targetingNCp7. We worked on the vectorization and the characterization of the antiviral properties of a peptide selected in vitrofor its ability to inhibit the NCp7 chaperone activity. The inhibitory activity of the vectorized peptide on infection ofHeLa cells by a HIV-1 based lentiviral vector was found deceiving.

Les bactériophages neutralisent les systèmes de défense et détournent les fonctions vitales de leur hôte pour favoriser leur multiplication. Les gènes de phages qui gouvernent cette prise de contrôle de l’hôte restent mal connus, pourtant leur caractérisation présente un intérêt majeur pour mettre à jour des fonctions bactériennes spécifiquement ciblées par les phages et pour concevoir de nouveaux agents antibactériens.Le phage T5 injecte son ADN dans la bactérie Escherichia coli en deux étapes. Seuls les gènes précoces codés par 8% du génome entrent dans la cellule et le transfert s’arrête. Leur expression induit la dégradation du chromosome de l’hôte et l’inactivation de ses systèmes de restriction et de réparation de l’ADN. Après quelques minutes, le reste de la molécule d’ADN est injecté, ce qui permet la production de nouveaux phages. Deux gènes précoces A1 et A2 ont été identifiés comme essentiels pour la reprise du transfert de l’ADN et A1 est également nécessaire pour induire la dégradation de l’ADN de l’hôte. A1 et A2 sont les deux seuls gènes connus pour être impliqués dans la régulation de ce système original d’infection, mais leur fonction n’a jamais été identifiée.Ma thèse porte sur la caractérisation fonctionnelle et structurale des protéines A1 et A2. J’ai purifié A1 et démontré in vitro qu’elle avait une activité DNase dépendante du manganèse. Sa structure atomique a été résolue par cryomicroscopie électronique à 3.01 Å de résolution, montrant une organisation octamérique de symétrie D4 inédite pour une DNase. Chaque monomère (61kDa) contient un domaine exonuclease dont le site actif lie deux ions Mn2+ et qui s’apparente au site catalytique des domaines exonucléases de la DNA polymerase II et des DNAses associées aux systèmes de recombinaison homologue et de réparation de l’ADN comme Mre11. En construisant différents mutants de A1, j’ai identifié certains acides aminés essentiels pour l’activité catalytique et, par des expériences de complémentation fonctionnelle, j’ai montré que cette activité était indispensable pour l’infection. L’ensemble de ces résultats suggèrent que A1 est la DNase, jusqu’ici inconnue, responsable de la dégradation massive du génome de l’hôte au tout début de l’infection. Enfin, j’ai observé que la production de A1 pendant l’infection induit une forte activité recombinase. De nombreux autres bactériophages qui n’appartiennent pas à la famille des T5virus produisent également une protéine similaire à A1 dont la fonction n’a jamais été identifiée. Ce travail est un premier pas vers la compréhension de son rôle dans le mécanisme général d‘infection par les phages. Une deuxième partie de cette thèse porte sur la caractérisation structurale de A2. Des recherches de similarité indiquent la présence d’un domaine Helix-Turn-Helix typique des régulateurs transcriptionnels. J’ai purifié A2 et montré que cette protéine de 14 kDa est un dimère en solution. La caractérisation des propriétés biochimiques de A2 a permis de débuter l’étude de sa structure par RMN.Les résultats de ma thèse ont révélé la structure originale d’une DNase de bactériophage qui contrôle la dégradation du génome bactérien et la régulation du transport de l’ADN viral au début du cycle infectieux. Ces résultats soulèvent des questions intrigantes : comment l’ADN de T5 est-il protégé de l’activité DNase de A1 ? Comment A1 et A2 interagissent-elles lors des étapes de prise de contrôle de l’hôte ? / Bacteriophages defeat bacterial defences and hijack host cell machineries to establish a favourable environment for their multiplication. Early-expressed viral genes that govern host takeover are highly diverse from one phage to another and most of them have no assigned function. They thus represent a pool of novel genes whose products potentially subvert bacterial cell vital functions and could help in designing new antibacterial strategies.T5 phage uses a unique 2-step mechanism to deliver its DNA into its host Escherichia coli. At the onset of the infection, only 8 % of the genome enter the cell before the transfer temporarily stops. Expression of the genes encoded by this DNA portion leads to host chromosome degradation and inactivation of host restriction and DNA mending systems. After a few minutes, T5 DNA transfer resumes, allowing further phage multiplication. A1 and A2 are early genes required for DNA transfer completion and A1 is also necessary to trigger host DNA degradation. A1 and A2 are the only two genes known to be involved in the regulation of this original infection system, but their function yet remains to be characterized.The objectives of this work were to characterize the function and structure of A1 and A2 proteins. I have purified the A1 protein and shown that it has a manganese-dependent DNase activity in vitro. Cryo Electron Microscopy at 3.01 Å resolution unravelled its structure, showing an octameric organization with a D4 symmetry, which is unprecedented for a DNase. Each monomer (61 kDa) carries an exonuclease domain harbouring an active site with two Mn2+ ions. This site is similar to those from the exonuclease domain of the DNA polymerase II and from DNases involved in DNA mending and recombination events like Mre11. I identified essential catalytic residues for the DNase activity and demonstrated that this activity is crucial for infection by engineering A1 mutant proteins and by doing functional complementation assays. Taken together, my results suggest that A1 could then be the elusive DNase responsible for the massive host genome degradation observed during T5 phage infection. Eventually, I uncovered a recombinase activity associated to A1 production during infection. Similar proteins to A1 with unknown functions are produced in several other bacteriophages outside of the T5virus family. This work is a first step towards understanding the role of this protein in the general mechanism of infection by bacteriophages. In a second part, I worked on the structural characterisation of A2 protein. Similarity searches revealed a helix-turn-helix domain typically found in transcriptional regulators. I purified and demonstrated the dimeric organisation of this 14-kDa protein in solution. This initial characterization of A2 has opened avenues for further NMR studies.During my Ph.D., I uncovered the structure of an original bacteriophage DNase that controls bacterial genome degradation and that regulates viral DNA transport at the beginning of the infectious cycle. These results open the intriguing question about the mechanism for T5 DNA protection from A1 DNase activity as well as about the interplay between A1 and A2 during the host takeover.

Mon travail de thèse s'est focalisé sur la machinerie enzymatique impliquée dans la réplication du génome ARN du Syndrome Respiratoire Aigu Sévère-Coronavirus (SRAS-CoV). J'ai montré in vitro que l'activité ARN polymérase ARN-dépendante (RdRp) portée par nsp12 nécessite le complexe nsp7/nsp8, qui agit comme facteur de processivité. Grâce à ce complexe polymérase hautement actif, j'ai pu en suite étudier le mécanisme de "proofreading" (correction d'épreuve) associé aux coronavirus, pour lequel seulement des preuves indirectes avaient été assemblées. En effet, les coronavirus codent pour une activité exonucléase 3'-5' (nsp14-ExoN) qui lorsqu'elle est absente, entraine 14-fois plus d'erreurs de réplication en contexte cellulaire. In vitro, nous avons pu montrer que nsp14-ExoN est capable d'exciser l'ARN double brin ainsi qu'un nucléotide mésapparié en 3' de l'ARN en cours d'élongation. J'ai pu apporter pour la première fois une preuve directe de l'existence d'un système de réparation des erreurs au cours de la synthèse, mené par le complexe nsp7/nsp8/nsp12/nsp14. En effet, le complexe nsp7/nsp8/nsp12 ralentit jusqu'à 30-fois quand il rajoute une base mésappariée. Par sequençage, nous avons pu montrer la réparation de cette base mésappariée en presence de nsp14. Enfin, grâce à ce système in vitro nous avons une base pour comprendre l'inefficacité de la ribavirine sur des patients atteints du SRAS. En effet, la ribavirine, incorporée par le complexe polymérase, serait également excisée par nsp14, annihilant tout potentiel effet mutagenique. En conclusion, ce système va permettre de guider le développement d'antiviraux de type nucleoside analogues contre les coronavirus. / This work focused on the enzymatic machinery involved in Severe Acute Respiratory Syndrome-Coronavirus (SARS-CoV) RNA replication and transcription. Firstly, I established a robust in vitro polymerase assay with the canonical SARS-CoV RNA-dependent RNA polymerase (RdRp) nsp12. I showed that nsp12, in order to engage processive RNA synthesis, needs two viral proteins, i.e. nsp7 and nsp8. This nsp7/nsp8 complex not only activates nsp12-RdRp, but also acts as a processivity factor. Thus, using this processive polymerase complex, I could investigate SARS-CoV proofreading for which only indirect evidences were reported. Indeed, coronaviruses encode for a 3'-5' exonuclease (nsp14-ExoN), putatively involved in a mechanism that proofreads coronavirus RNA during viral replication. We first showed in vitro that nsp14-ExoN, which is stimulated by nsp10, is able to excise specifically dsRNA as well as all primer/templates bearing a 3' mismatch on the primer. Moreover, we could confirm by sequencing that a RNA 3' mismatch was indeed corrected in vitro by the nsp7/nsp8/nsp12/nsp14 complex. We provide for the first time direct evidence that nsp14-ExoN, in coordination with the polymerase complex, is able to proofread RNA. Interestingly, using this in vitro system we found an element that could possibly explain the inefficacy of ribavirin therapeutic treatment on SARS-patients: ribavirin, which is incorporated by the SARS-CoV polymerase complex, would also be excised by nsp14. In conclusion, this system will drive future development of antivirals, particularly of the nucleoside analogue type, against coronaviruses.

L'ADN mitochondrial des plantes est dynamique et son expression est complexe. Par la voie naturelle d'import d'ARN de transfert codés par le noyau, nous avons adressé dans les mitochondries d'Arabidopsis l'ARN orf77 caractéristique de la S-CMS du maïs et nous avons analysé les effets sur le transcriptome mitochondrial. Celui-ci s'est avéré strictement régulé durant le développement et fortement tamponné aux stades précoces. L'adressage mitochondrial de l'orf77 a aussi promu un cross-talk avec le noyau. D'autre part, la réplication et la réparation de l'ADN dans les mitochondries de plante impliquent une recombinaison active contrôlée par des facteurs codés par le noyau. Nous avons identifié l'exonucléase 5'-3' potentiellement responsable de la résection des extrémités de l'ADN dans la réparation par recombinaison des cassures double-brin. Nos résultats ouvrent des perspectives pour la génération de diversité génétique mitochondriale et la création de lignées CMS d'intérêt agronomique. / The mitochondrial DNA of plants is dynamic and its expression is complex. Using a strategy based on the natural import of nuclear-encoded transfer RNAs from the cytosol, we targeted to mitochondria in Arabidopsis thaliana the orf77 RNA characteristic for S-CMS in maize and we analyzed the effects on the transcriptome. The results showed that the mitochondrial transcriptome is tighly regulated during plant development and is strongly buffered at early stages. Mitochondrial targeting of orf77 also triggered a cross-talk with the nucleus. On the other hand, DNA replication and repair in plant mitochondria involve active recombination controled by nuclear-encoded factors. We identified a new member of this set of factors, the 5'-3' exonuclease potentially responsible for the resection of DNA ends in recombination-mediated repair of double-strand breaks. As a whole, the results open prospects for generating mitochondrial genetic diversity and creating CMS lines with agronomical interest.