Mes travaux de recherche sont centrés sur la compréhension des relations structure-fonctions de la région 5' non traduite de l'ARN génomique du VIH-1. Le travail réalisé au cours de ma Thèse de Doctorat dans le groupe de B. et C. Ehresmann (UPR 9002 du CNRS) à l'ULP, a porté sur l'étude de la dimérisation de l'ARN génomique du virus de l'immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1) 1. Une propriété ubiquitaire des rétrovirus est l'encapsidation de deux molécules d'ARN génomique associées près de leur extrémité 5'. Cette caractéristique, qui traduit l'existence d'une forte pression de sélection, représente un avantage évident pour la recombinaison pendant la rétrotranscription. Elle permet en particulier au virus de se répliquer malgré la présence de lésions dans l'ARN génomique et favorise la variabilité génétique. Nos travaux nous ont permis d'aboutir à plusieurs résultats importants : (1) la dimérisation implique une séquence localisée en amont du site donneur d'épissage 2. Elle est initiée par un mécanisme de reconnaissance de type boucle-boucle entre les deux monomères, au niveau d'une structure en épingle à cheveux très conservée dans les différents isolats du VIH-1, que nous avons appelée DIS (Dimerization Initiation Site) 3; 4. Cette tige-boucle est également appelée SL1. La boucle du DIS possède 9 nucléotides, dont 6 forment une séquence auto-complémentaire. Nous avons montré que l'étape initiale de la dimérisation est réalisée par des appariements Watson-Crick entre les séquences autocomplémetaires de chacun des deux monomères 5; 6; 7. Cependant, ces appariements ne sont pas les seules interactions stabilisant le dimère. Un modèle tridimensionnel du complexe boucle-boucle du DIS obtenu sur la base de résultats de cartographie en solution montre l'existence d'interactions non-canoniques formées par les purines flanquant la séquence autocomplémentaire 8; 9. (2) Le DIS joue un rôle essentiel dans la réplication du virus au niveau de l'encapsidation de l'ARN génomique et de la synthèse de l'ADN proviral double brin 10. (3) Il est possible d'inhiber la dimérisation in vitro par des oligonucléotides sens et antisens 11; 12.<br />En 1997-1998, j'ai effectué un stage post-doctoral dans le laboratoire du Dr. Heinrich Gottlinger (DFCI, Harvard Medical School, Boston, MA, USA). Mon travail était de comprendre le mécanisme de régulation qui permettrait aux précurseurs protéiques viraux de se fixer à la membrane plasmique, lieu d'assemblage des virions. J'ai ainsi confirmé l'existence d'un switch conformationnel de l'acide myristique localisé en N-terminal de la protéine de Matrice du VIH 13.<br />Depuis mon retour à Strasbourg en 1999 dans l'équipe du Dr. Roland Marquet, je me suis intéressé de nouveau au monde de l'ARN et plus précisément au repliement de l'ARN génomique du VIH-1. Ainsi, après avoir mis en évidence un motif de structure tertiaire dans la région 5'-terminale de cet ARN 14, nous avons, en collaboration avec Markus Dettenhofer (Baltimore, MD, USA), caractérisé pour la première fois la structure secondaire de cet ARN dans les cellules infectées et les particules virales 15; 16. Cette avancée technologique nous a permis par la suite (1) d'analyser avec Valérie Goldschmidt (doctorante) les variabilités structurales existantes au sein du complexe d'initiation de la rétrotranscription 17 et (2) de montrer, en collaboration avec l'équipe de Philippe Dumas (UPR 9002), que des antibiotiques de la famille des aminoglycosides se fixent spécifiquement dans la boucle du DIS de l'ARN génomique du VIH-1 non seulement dans un système in vitro 18 mais également en culture cellulaire 19.<br />Récemment, nous avons initié un nouveau projet sur le rôle de la protéine virale Vif dans la réplication virale du VIH-1 et sa relation avec l'ARN génomique (travail de thèse de Simon Henriet). Outre ses activités sur la synthèse de l'ADN proviral, la stabilité du core viral ou encore l'intégration du provirus, nous avons montré que la protéine Vif se fixe de façon spécifique et de manière coopérative aux régions localisées dans la région 5'-terminale du génome rétroviral 20. En particulier, la tige-boucle TAR (région 1-57) est un point de nucléation nécessaire à la propagation de la fixation de Vif à l'ARN (de 5‘ vers 3') mais semble insuffisante pour stabiliser ces interactions.<br /> De nombreuses perspectives découlent directement de ces travaux. Nous souhaiterions étudier la dimérisation de l'ARN génomique du VIH-1 directement dans la cellule et ainsi répondre à plusieurs questions fondamentales : où se forme le dimère d'ARN génomique ? Le DIS, ou la dimérisation, sont-ils nécessaires au transport et à l'encapsidation de l'ARN génomique ? La maturation du dimère d'ARN dans les particules virales est-elle liée à un remaniement conformationnel au niveau du DIS ? Des résultats préliminaires obtenus en collaboration avec par l'équipe de M. Mougel (UMR 5121, Montpellier) indiquent que le DIS pourrait effectivement être un signal positif pour le transport nucléo-cytoplasmique. Ces résultats nous encouragent ainsi à poursuivre le développement de nouveaux agents antiviraux dérivés des aminoglycosides dirigés contre le DIS (collaboration avec P. Dumas, UPR 9002 et P. Pale, UMR 7123-ULP). <br />Dans les perspectives liées à la compréhension du rôle de Vif dans la réplication virale, nous étudierons en particulier son action sur l'initiation de la rétrotranscription et sur la régulation de l'expression des protéines APOBEC-3G/3F. Les protéines APOBEC sont des cytidines désaminases qui ont été identifiées dernièrement et dont l'action hypermutatrice lors de la synthèse du brin (-) de l'ADN proviral est létale pour le virus. Ces protéines, exprimées exclusivement dans les cellules non permissives, sont exclues des particules virales en présence de Vif et dirigées vers la voie du protéasome. Nous étudierons entre autre la régulation de la traduction des protéines APOBEC par Vif (identification des régions de l'ARNm nécessaires) et analyserons les changements conformationnels éventuels au niveau de la région 5' non traduite de l'ARNm induits par la fixation de Vif. <br /> L'ensemble de ces travaux devrait nous permettre de contribuer à la compréhension des mécanismes qui régulent la structure tridimensionnelle de la région 5' non traduite de l'ARN génomique du VIH-1, et à plus long terme d'identifier des molécules capables d'interagir avec les différents domaines structuraux de cette région.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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Les protéines Argonaute sont associées à de petits ARN et participent à la régulation de l'expression des gènes. Les protéines Piwi, sous-famille des protéines Argonaute, sont principalement exprimées dans les lignées germinales. Elles recrutent les piRNA (Piwi-interacting RNA) et assurent la stabilité du génome en inhibant les transposons. Une caractéristique des piRNA est la présence de groupes 2'-O-methyl à l'extrémité 3'. Les microARN et siRNA (small interfering RNA) de plantes, comme les siRNA de Drosophyle portent aussi cette modification qui est catalysée par l'ARN méthyl-tranférase HEN1. Son homologue murin, mHEN1, méthyle in vitro de petits ARN, mais son rôle dans la voie des piRNA n'avait pas encore été envisagé. Mon objectif était de relier mHEN1 à la voie des piRNA. J'ai démontré que mHEN1 interagit directement avec la partie N-ter de MILI mais pas avec les autres protéines Piwi de souris. La partie N-ter de MILI porte des arginines méthylées. J'ai démontré que l'interaction ne dépendait pas de la présence de cette modification, ce qui suggère que mHEN1 intervient avant la modification de MILI. Par imagerie cellulaire j'ai montré la compartimentation de HEN1 et des protéines Piwi dans des granules cytoplasmiques différents. Parallèlement, afin de caractériser les éléments de la voie piRNA, j'ai développé un nouveau modèle d'étude basé sur des embryons de poisson zèbre (Danio rerio). Ainsi, j'ai évalué le rôle de deux protéines interagissant avec les protéines Piwi, TDRD1 (Tudor-domain containing) et l'hélicase MOV10l décrits chez la souris mais pas chez le poisson zèbre. J'ai montré que l'expression de DrTDRD1, spécifique à la lignée germinale, dépend de sa partie 3'UTR. La réduction de l'expression de DrMOV10l, obtenue grâce à l'utilisation de morpholinos, entraîne la dérépression des éléments rétrotransposables des embryons en développement. Cette technique de Knock Down sera utilisée pour identifier de nouveaux éléments de la biogenèse des piRNA.

La protéine Vif du VIH-1 contrecarre le facteur de restriction APOBEC3G (A3G) en diminuant son niveau d'expression dans les cellules infectées. Ceci est mis en œuvre entre autres par l'inhibition de sa traduction, un mécanisme encore peu compris. La première partie de ma thèse contribue à la caractérisation d'une petite ORF (uORF) qui se situe dans la 5'-UTR de l'ARNm d'A3G et d'A3F en amont de leurs ORF respectives. Cette uORF s'est révélée cruciale pour la régulation de la traduction d'A3G en présence et absence de Vif. Dans la deuxième partie de cette thèse, différents protocoles ont été mis en œuvre pour identifier les protéines associées avec l'ARNm d'A3G, qui pourraient jouer un rôle dans le mécanisme d'inhibition traductionnelle d'A3G par Vif. Ainsi, plusieurs protéines ont été identifiées dont la présence sur l'ARNm d'A3G semble modulée par Vif. / The HIV-1 Vif protein counteracts the restriction factor APOBEC3G (A3G) by downregulating its expression level in infected cells. This is achieved in different ways, one of which is translational inhibition, a mechanism that is still poorly understood. The first part of my thesis contributes to the characterization of a small upstream ORF (uORF), that is found in the 5'-UTR of A3G and A3F mRNAs. This uORF has been found to be crucial for regulation of A3G translation and is necessary to allow Vif-mediated translational inhibition. In the second part of this thesis, different protocols have been set up in order to identify A3G mRNA-associated cellular proteins which might play a role in the mechanism of Vif-mediated translational inhibition. Several proteins, whose presence on A3G mRNA seems to be modulated by Vif have been identified.

L'IRES du VHC est organisé en une structure secondaire, complexe et hautement conservée, qui comprend quatre domaines distincts (I-IV). Cette organisation permet la liaison directe du facteur d'initiation eucaryote eIF3 et de la sous-unité 40S du ribosome. Le facteur d'initiation eucaryote eIF3 est un complexe de 13 protéines (~ 800 kDa). Certaines de ses sous-unités montrent une affinité pour l'ARN, et parmi elles deux possèdent des motifs de reconnaissance à l'ARN (MRR) : eIF3b (aa : 185-268) et eIF3g (aa : 239-317). Afin de déterminer l'implication de ces motifs dans l'interaction ARN-protéine, nous avons cloné les domaines contenant ces motifs MRR, ainsi que les protéines entières eIF3b et eIF3g. Nous avons ensuite étudié l'interaction de l'ARN et/ou domaines d'ARN avec le complexe eIF3 et/ou protéines ou domaines protéiques en utilisant la méthode de rétention sur filtre. Nous avons ainsi calculé les différentes constantes apparentes de dissociation entre : eIF3/IRES, eIF3b/IRES et MRR-eIF3b/IRES. Ces résultats montrent que la sous-unité eIF3b se lie directement au domaine III de l'IRES via son motif MRR situé dans le domaine N-terminal. Dans un deuxième temps, nous avons utilisé la spectroscopie RMN pour identifier précisément les acides aminés impliqués dans la reconnaissance de l'ARN viral. En utilisant différentes techniques telles que FBA, RMN et SAXS, il s'avère que le domaine IIId (30 nucléotides) représente le motif minimum impliqué dans l'interaction MRR-eIF3b/IRES. Enfin, la technique de SAXS a été mise à profit pour étudier la structure tridimensionnelle de l'IRES libre en solution.