La fonction majeure de la protéine de capside (C) du virus de l’hépatite C (HCV) est d’interagir avec l’ARN génomique pour former la nucléocapside, un élément essentiel de la particule virale. Les études menées pour identifier les résidus basiques de la protéine C du HCV ont été principalement réalisées à l’aide d’un système acellulaire mais celui-ci ne permettait pas d’évaluer leur effet sur l’infectiosité du HCV. Le développement du système infectieux en culture cellulaire du HCV (HCVcc) permet de préciser le rôle de ces résidus pendant le cycle viral. Dans notre travail, le rôle de ces résidus basiques a été étudié par mutagenèse dirigée en utilisant le système HCVcc. Nous avons modifié les résidus basiques contenus dans deux régions (région 1, aa 6 à 23 et région 2, aa 39 à 62), situés au sein des 62 aa N-terminaux de la protéine C du HCV. Nos résultats ont montré que les résidus de la première région ont un effet mineur sur la réplication virale et qu’ils ne sont pas nécessaires à l’infectiosité du HCV. Par contre, quatre résidus basiques de la deuxième région se sont révélés être essentiels pour la production de particules virales infectieuses. La modification de ces résidus n’a pas d’effet sur la localisation subcellulaire de la protéine C, l’interaction protéine capside-ARN, l’oligomerisation de la protéine de capside et son enveloppement par les membranes intracellulaires. Dans l’ensemble, nos données suggèrent que les résidus basiques R50, K51, R59 et R62 jouent un rôle majeur dans la formation des particules virales infectieuses à une étape précoce, ultérieure à l’assemblage de la nucléocapside virale. / A major function of the hepatitis C virus (HCV) core protein is the interaction with genomic RNA to form the nucleocapsid, an essential component of the virus particle. Analyses to identify basic amino acid residues of HCV core protein, important for capsid assembly, were initially performed with a cell-free system, which did not indicate the importance of these residues for HCV infectivity. The development of a cell culture system for HCV (HCVcc) allows a more precise analysis of these core protein amino acids during the HCV life cycle. In the present study, we used a mutational analysis in the context of the HCVcc system to determine the role of the basic amino acid residues of the core protein in HCV infectivity. We focused our analysis on basic residues located in two clusters (cluster 1, amino acids [aa]6 to 23; cluster 2, aa 39 to 62) within the N-terminal 62 amino acids of the HCV core protein. Our data indicate that basic residues of the first cluster have little impact on replication and are dispensable for infectivity. Furthermore, only four basic amino acids residues of the second cluster (R50, K51, R59, and R62) were essential for the production of infectious viral particles. Mutation of these residues did not interfere with core protein subcellular localization, core protein-RNA interaction, or core protein oligomerization. Moreover, these mutations had no effect on core protein envelopment by intracellular membranes. Together, these data indicate that R50, K51, R59, and R62 residues play a major role in the formation of infectious viral particles at a post-nucleocapsid assembly step.

Le travail de ma thèse porte sur l’étude des protéines chaperonnes des acides nucléiques chez le virus de l’immunodéficience humaine VIH-1.Ces protéines sont au nombre de trois : Tat, Vif et la Nucléocapside. Je me suis concentrée sur les deux dernières citées : Vif, dont j’ai réalisé une étude structurale et fonctionnelle en partant du gène, j’ai réussi à produire et purifier la protéine, que je l’ai caractérisée par des méthodes structurales comme la diffusion de lumière et le dichroïsme circulaire. J’ai étudié les interactions de cette protéine avec les acides nucléiques par spectroscopie de fluorescence et Résonance Magnétique Nucléaire (RMN). Et finalement j’ai participé aux tests d’activités chaperonnes. Pour la nucléocapside, qui est une protéine déjà connue au sein du laboratoire, j’ai examiné son rôle de protéine chaperonne lors de l’initiation de la transcription inverse. J’ai mis en évidence par RMN une interaction très controversée entre l’ARN génomique virale et l’ARNtLys3 qui joue le rôle d’amorce pour l’initiation de la transcription inverse. / Pas de résumé en anglais

Le virus de la Rougeole reste le plus meurtrier des virus contre lesquels il existe un vaccin, avec environ 350000 décès par an dans le monde. Ce virus appartient à la famille des Paramyxoviridae, qui sont des virus enveloppés de forme sphérique dont le génome est composé d’un seul brin d’ARN de polarité négative. L’élément central de la réplication et de la transcription du génome viral est le complexe, de forme hélicoïdale, entre l’ARN du virus et la nucléoprotéine. Cette association intime appelée nucléocapside a des propriétés étonnantes non encore élucidées. En effet, l’ARN des virus à ARN négatif a la particularité de n’être jamais nu, même lors des étapes de réplication/transcription nécessitant pourtant le passage de la polymérase virale. On suppose que l’interaction avec la phosphoprotéine, cofacteur de la polymérase, provoque un changement de la conformation de la nucléoprotéine pour rendre l’ARN viral accessible à la polymérase. Lorsque la nucléoprotéine est exprimée dans des cellules d’insectes, elle se fixe aux ARNs cellulaires et forme des nucléocapsides recombinantes. Les études précédentes sur d’autres virus à ARN négatif (Rage, Marbourg, Sendaï) ont montré que les nucléocapsides recombinantes sont semblables aux nucléocapsides virales. Au sein de la nucléocapside, le domaine C-terminal de la nucléoprotéine joue un rôle crucial en interagissant avec de nombreux partenaires viraux et cellulaires, notamment avec la phosphoprotéine dans les étapes de réplication/transcription du génome viral. Cependant, des observations en microscopie électronique à transmission avaient montré que les nucléocapsides recombinantes contenant la nucléoprotéine entière était trop flexibles pour envisager leur reconstruction tridimensionnelle par analyse d’image, ce qui avait conduit à les rigidifier par un traitement protéasique dont l’effet latéral est justement l’élimination du domaine C-terminal de la nucléoprotéine. Nous avons mis au point des conditions de préparation en coloration négative permettant de rigidifier la nucléocapside intacte, afin d’en calculer une reconstruction tridimensionnelle à basse résolution et de la comparer avec celle de la nucléocapside protéolysée. Nous avons ainsi montré que les nucléocapsides de la Rougeole changeaient radicalement de structure tridimensionnelle en réponse au traitement protéolytique, non seulement en terme de pas de l’hélice ou de nombre de sous-unités par tour, mais aussi au niveau de la conformation de la nucléoprotéine et de ses contacts avec les sous-unités adjacentes, ce qui n’avait encore jamais été observé aussi clairement. / Flexible helical protein polymers exemplified by actin filaments, microtubules and bacterial flagella areubiquitous in biology. Due to their size and intrinsic irregularities, the structure of these polymers cannot be solved by Xraycrystallography. Since half a century, three-dimensional (3D) reconstruction from two-dimensional (2D) ElectronMicroscopy (EM) images appears as a method of choice to solve the structure of large helical polymers. However,depending on the degree of flexibility of the analyzed helices, the 3D reconstruction process can still be a daunting task.For the most regular helices, the classical reciprocal space-based Fourier-Bessel approach can allow both to determinethe helical symmetry and to calculate 3D structures. For more flexible structures, recent “single-particle” approachesconsist in segmentation of long irregular helices into short (i.e. locally more regular) segments and their processing asasymmetrical objects with defined symmetry-imposed constraints (Egelman, 2000; Sachse et al., 2007). However, twomajor difficulties remain: the heterogeneous data must be sorted into homogeneous populations and the helical symmetryfor each population has to be determined. In the presented work, we explored various single-particle approaches,developed new analysis methods, and implemented most of them into a user-friendly processing pipeline. The targetbiological objects were helical nucleocapsids of two negative strand RNA viruses, Measles (MeV) and VesicularStomatitis Virus (VSV ; the prototype for Rabies), the latter being particularly flexible in terms of helical parameters(diameter, number of subunits per turn). Nucleocapsids are formed by the viral genomic RNA coated by thenucleoprotein and serve as a template for viral replication and transcription. To overcome the heterogeneity problem, weused 2D classification, described general processing protocols and applications for helical segments, and introduced anew classification method based on the power spectra of the images. The determination of helical symmetry(ies) wasaddressed by a novel approach relying on ab initio exhaustive search of helical parameters whereby we start from asingle 2D image, reconstruct as many 3D structures as parameters to test by cropping the image and assigning views tothe obtained segments, and calculate the cross-correlation (CC) of the reprojection of the 3D model with the initialimage. Applied to artificial data sets, the method was effectively able to detect a maximum of CC for the true symmetryparameters, but also showed intrinsic ambiguities of helical symmetry determination on which we extensively comment.Altogether, the result of this method-oriented work allowed us to address several biological questions. First, the 3Dreconstruction by negative stain EM of two forms of nucleocapsids of MeV coupled to a docking of a homologouscrystal structure enabled us to determine the orientation of the nucleoprotein and of the RNA in the nucleocapsids.Secondly, we assessed the structure of in vitro formed nucleocapsids of VSV and showed that assemblies close to thenative viral nucleocapsids can be formed in the absence of any other viral proteins, thus providing new insights into theassembly of this virus. As a perspective of this work, our pipeline of flexible helical analysis is being extended andsuccessfully used for other projects.

Le VIH-1 est un rétrovirus contenant deux copies de son génome ARN simple brin positif. Dans la cellule, son ARN est rétrotranscrit en ADN puis cet ADN est intégré dans le génome cellulaire. L'ADN viral est ensuite transcrit en ARN dont la moitié évite l'épissage. Dans le cytoplasme, cet ARN possède une double fonctionnalité : il sert d'ARNm pour la synthèse des protéines Gag et Gag-Pol et d'ARN génomique (ARNg) qui est encapsidé sous forme de dimère. Malgré sa faible abondance dans la cellule, l'ARNg est préférentiellement encapsidé. Cependant, il a été montré par nous et d'autres que d'autres ARN non-génomiques peuvent également être spécifiquement encapsidés, tels que des ARN viraux épissés et certains ARN cellulaires, bousculant ainsi le dogme d'une spécificité unique pour l'ARNg. Nous avons montré que le VIH-1 contrôlerait l'incorporation des ARN viraux, épissés et non épissés, par un mécanisme de compétition, impliquant des facteurs communs. En revanche, les ARN cellulaires 7SL et U6 semblent encapsidés par des mécanismes indépendants. Afin d'identifier les déterminants qui régissent la spécificité d'encapsidation, nous avons testé le rôle de la nucléocapside (NC) qui est fortement impliquée dans l'encapsidation. Nous montrons ici que de façon tou t à fait inattendue, des mutations de NC conduisent à l'encapsidation d'ADN et augmentent également l'encapsidation d'ARN viraux épissés. Nous avons ensuite cartographié les déterminants de la région 5' UTR de l'ARNg et déterminé que la tige-boucle polyA et la région PBS sont impliquées dans l'encapsidation des ARN viraux épissés. Ce travail apporte une meilleure compréhension de la spécificité d'encapsidation, primordiale pour la mise au point de thérapies géniques utilisant des vecteurs lentiviraux. / HIV-1 is a retrovirus containing two copies of its single stranded positive RNA genome. In the cell, its RNA is reverse transcribed into DNA and this DNA is integrated into the cellular genome. The viral DNA is then transcribed into RNA. One moiety of this RNA pool escapes splicing. Once in the cytoplasm, this RNA has a double function: it serves as mRNA for synthesis of Gag and Gag-Pol proteins and as genomic RNA (gRNA) that is packaged as a dimer. Despite its low abundance in the cell, the gRNA is preferentially encapsidated into virions. However, it has been shown by us and others that other non-genomic RNA can be specifically packaged, such as spliced viral RNA and some cellular RNA, thus shaking up the dogma of a unique specificity for the gRNA. We have shown that HIV-1 might control the incorporation of the spliced and unspliced RNA by a mechanism of competition, involving common factors. In contrast, cellular RNA 7SL and U6 seem encapsid ated through independent mechanisms. To identify the determinants that govern the specificity of encapsidation, we tested the role of the nucleocapsid (NC) which is strongly involved in the packaging. Here we show that unexpectedly, mutations of NC lead to the encapsidation of DNA and also increase the encapsidation of spliced viral RNA. We then mapped the determinants in the 5' UTR of the gRNA and determined that the polyA stem-loop and the PBS region are involved in the encapsidation of the spliced viral RNA. This work provides a better understanding of the specificity of encapsidation that is crucial for the development of gene therapy using lentiviral vectors.

Le virus de la Rougeole reste le plus meurtrier des virus contre lesquels il existe un vaccin, avec environ 350000 décès par an dans le monde. Ce virus appartient à la famille des Paramyxoviridae, qui sont des virus enveloppés de forme sphérique dont le génome est composé d'un seul brin d'ARN de polarité négative. L'élément central de la réplication et de la transcription du génome viral est le complexe, de forme hélicoïdale, entre l'ARN du virus et la nucléoprotéine. Cette association intime appelée nucléocapside a des propriétés étonnantes non encore élucidées. En effet, l'ARN des virus à ARN négatif a la particularité de n'être jamais nu, même lors des étapes de réplication/transcription nécessitant pourtant le passage de la polymérase virale. On suppose que l'interaction avec la phosphoprotéine, cofacteur de la polymérase, provoque un changement de la conformation de la nucléoprotéine pour rendre l'ARN viral accessible à la polymérase. Lorsque la nucléoprotéine est exprimée dans des cellules d'insectes, elle se fixe aux ARNs cellulaires et forme des nucléocapsides recombinantes. Les études précédentes sur d'autres virus à ARN négatif (Rage, Marbourg, Sendaï) ont montré que les nucléocapsides recombinantes sont semblables aux nucléocapsides virales. Au sein de la nucléocapside, le domaine C-terminal de la nucléoprotéine joue un rôle crucial en interagissant avec de nombreux partenaires viraux et cellulaires, notamment avec la phosphoprotéine dans les étapes de réplication/transcription du génome viral. Cependant, des observations en microscopie électronique à transmission avaient montré que les nucléocapsides recombinantes contenant la nucléoprotéine entière était trop flexibles pour envisager leur reconstruction tridimensionnelle par analyse d'image, ce qui avait conduit à les rigidifier par un traitement protéasique dont l'effet latéral est justement l'élimination du domaine C-terminal de la nucléoprotéine. Nous avons mis au point des conditions de préparation en coloration négative permettant de rigidifier la nucléocapside intacte, afin d'en calculer une reconstruction tridimensionnelle à basse résolution et de la comparer avec celle de la nucléocapside protéolysée. Nous avons ainsi montré que les nucléocapsides de la Rougeole changeaient radicalement de structure tridimensionnelle en réponse au traitement protéolytique, non seulement en terme de pas de l'hélice ou de nombre de sous-unités par tour, mais aussi au niveau de la conformation de la nucléoprotéine et de ses contacts avec les sous-unités adjacentes, ce qui n'avait encore jamais été observé aussi clairement.

La protéine de nucléocapside (NC) du virus de l’immunodéficience humaine (VIH-1) joue de nombreux rôles dans les phases précoce et tardive de l’infection. La NC est une protéine à deux doigts de zinc, chaperonne des acides nucléiques. Nous avons cherché de nouveaux partenaires cellulaires de la NCp7 et identifié une protéine de liaison aux ARNs, Upstream of N-ras (Unr), dont l’interaction avec Gag et NCp7 a été confirmée. L’interaction entre Gag et Unr est dépendante de l’ARN et médiée par le domaine NC. Unr est une ITAF (IRES transacting factor) régulant la traduction médiée par plusieurs IRESs cellulaires et viraux. L’ARN génomique du VIH-1 possède deux IRESs dont un localisé dans la région non traduite en 5’ qui permet aux ARNm viraux de conserver un fort niveau de traduction lorsque la traduction coiffe-dépendante de la cellule est affaiblie par l’arrêt du cycle viral induit par l’infection. En utilisant un système de dual luciférase, nous avons montré qu’Unr est une ITAF dont la surexpression stimule l’IRES VIH-1. Des mutations ponctuelles de cet IRES, dans un motif consensus de liaison à Unr, altèrent à la fois l’activité de l’IRES et sa réponse à Unr suggérant que l’activité IRES dépend fortement de Unr. L’effet d’Unr sur l’IRES est inhibé par la surexpression de NCp7 mais pas par celle de Gag dont l’effet stimulateur sur l’IRES est additif de celui d’Unr suggérant un rôle d’Unr différent dans les phases précoce et tardive de l’infection. Pour finir, le knockdown de l’expression d’Unr entraîne une diminution significative de l’infection par un pseudovirus non réplicatif soulignant l’implication fonctionnelle d’Unr dans la phase précoce. / The Human Immunodeficiency Virus-1 (HIV-1) nucleocapsid protein (NC), as a mature protein (NCp7) or as a domain of the polyprotein Gag, plays several important roles in both the early and late phase of the infection. NC is a nucleic acid chaperone protein with two zinc fingers. We searched for new cellular protein partners of NCp7 and identified the RNA binding protein Unr, Upstream of N-ras, whose interaction with both Gag and NCp7 was confirmed. Unr interaction with Gag is RNA dependent and mediated by its NC domain. Unr is an ITAF (IRES trans-acting factor) regulating the translation driven by several IRESs. The HIV-1 genomic mRNA harbors two IRESs elements: one of them found within the HIV-1 5’-Untranslated region drives HIV-1 mRNA translation when the cap-dependent translation is diminished due to the infection-induced cell cycle arrest. Using a dual luciferase assay, Unr was shown to act as an ITAF, increasing the HIV-1 IRES dependent translation. Point mutations of the HIV-1 IRES in a consensus Unr binding motif were found to alter both the IRES activity and its activation by Unr suggesting a strong dependency of the IRES on Unr. Unr stimulation effect is furthermore counteracted by NCp7, but not by Gag overexpression, which increases the IRES activity in an additive manner to Unr suggesting a differential Unr effect on the early and late phases of the infection. Finally, knockdown of Unr in HeLa cells leads to a decline in infection by a non-replicative lentivector proving its functional implication in the early phase.

Le VIH-1 est un rétrovirus dont le génome est constitué d'ARN (ARNg). La conversion de cet ARNg en ADN est réalisée lors de la rétrotranscription (RTion). Elle permet de convertir l'ARNg simple brin en une molécule d'ADN double brin, qui sera ensuite intégrée dans le génome de la cellule hôte pour assurer la réplication du virus. La RTion est réalisée dans les premières heures de l'infection, dès l'entrée du virus. La protéine de nucléocapside (NC) participe activement à cette conversion. La NC est une petite protéine avec deux motifs en doigt à zinc (ZF1 et ZF2) qui avec sa partie basique N-term sont responsables de son activité chaperonne des acides nucléiques. L'équipe a récemment découvert un nouveau rôle de la NC en observant que la mutation des doigts de zinc ou de la région basique N-term déclenche prématurément la RTion avant le relargage des nouveaux virus, c'est à dire pendant les phases tardives de réplication du VIH. Nous parlons alors de "RTion tardive". Celle-ci génère des virus à forte teneur en ADN viral. Ces résultats originaux indiquent que la NC joue un rôle dans le contrôle spatio-temporel de la RTion au cours de la réplication du VIH. Mon projet de thèse a consisté à identifier les partenaires potentiels de la NC dans cette RT tardive et à élucider les mécanismes moléculaires mis en jeu. L'approche expérimentale principalement utilisée au cours de ma thèse, consiste à la production de particules VIH-1 (pNL4-3) et à l'analyse de leur contenu en acides nucléiques par PCR quantitative en temps réel. En mesurant l'effet de la présence et de l'absence de la protéine virale Vif sur le déclenchement de la RTion tardive dans des cellules produisant le VIH-1, nous avons démontré l'implication de Vif dans la régulation de la RTion tardive. Nous avons également montré que l'ARNg, et plus particulièrement sa région 5'UTR, est un partenaire essentiel de la NC et de Vif dans le contrôle du timing de la RTion tardive. Notre étude comparative avec un rétrovirus plus ancien et plus simple (pas de Vif) comme le Murine Leukemia Virus (MuLV), montre que cette propriété de la NC du VIH-1 à contrôler la RTion tardive n'est pas commune à tous les rétrovirus. Pour mieux comprendre le rôle de la NC au cours des phases tardives de la réplication du VIH-1, nous avons utilisé la technique de microscopie TIRF (Total Internal Reflection Fluorescence microscopy) en cellules vivantes. Cette technique de microscopie permet de visualiser les étapes d'assemblage, de bourgeonnement et de relargage des particules virales à la membrane plasmique de la cellule hôte. Bien que la NC n'influe pas sur la cinétique d'assemblage du virus, elle est en revanche fortement impliquée dans le contrôle du bourgeonnement et du relargage des particules VIH-1. Des expériences de trans-complémentation du VIH-1 mutant (délétion du ZF2) montrent que la NC contribue au recrutement des protéines cellulaires ESCRT (Endosomal Sorting Complex Required for Transport) aux sites d'assemblage viral, notamment via la voie Tsg101. / HIV-1 is a retrovirus whose genome consists of RNA (gRNA). Conversion of this gRNA into DNA is made during reverse transcription (RTion). It can convert single-stranded gRNA in a double-stranded DNA molecule, which is then integrated into the genome of the host cell to ensure the virus replication. The RTion is carried out in the early hours of infection, soon after virus entry. The nucleocapsid protein (NC) is actively involved in this conversion. The NC protein chaperones this process via its nucleic acid annealing activities and its interactions with the reverse transcriptase enzyme. To function the NC needs its two conserved zinc fingers and flanking basic residues. The team recently discovered a new role for the NC. When the NC has a mutation of its zinc fingers or its N-terminal basic region, the RTion is made prematurely before the release of new viruses, i.e. during the later stages of HIV replication. We call it «late RTion". This RTion generates virus with a high level of viral DNA. These results indicate that the NC plays a role in the spatio-temporal control of the RTion during HIV replication. My thesis project was to identify potential partners of the NC in the late RT process and to elucidate the molecular mechanisms involved.The experimental approach mainly used in my project is the production of HIV-1 particles (pNL4-3) and the analysis of their nucleic acid content by Q-PCR in real-time. By measuring the effect of the presence and absence of the viral protein Vif on the initiation of late RTion in cells producing HIV-1, we demonstrated the role of Vif in late RTion regulation. We also showed that the gRNA, and particularly its 5'UTR, is a key partner of the NC and Vif in the control of the late RTion. Our comparative study between HIV-1 and an old and simple (no Vif) retrovirus such as the Murine Leukemia Virus (MuLV) showed that the ability of the HIV-1 NC to control late RTion is not common to all retroviruses.To better understand the role of NC during the late stages of the HIV-1 replication, we used the TIRF microscopy (Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy) in live cells. The TIRF allows the visualization of the viral assembly, budding and release of virus particles at the plasma membrane of the host cell. Although the NC does not contribute to the kinetic of the virus assembly, it is however strongly involved in the control of the budding and the release of the HIV-1 particles. Experiences of trans-complementation of a HIV-1 mutant (deletion of ZF2) showed that NC contributes to the recruitment of the cellular ESCRT machinery (Endosomal Sorting Complex Required for Transport) at the assembly sites, particularly through the Tsg101 pathway.

La transcriptase inverse (RT) est un hétéro-dimère p66/p51 avec des activités ADN polymérase et ribonucléase H qui jouent un rôle critique dans le cycle viral du VIH-1. La RT convertit l’ARN génomique viral simple brin en ADN proviral double brin dans le cytoplasme de la cellule infectée. L’efficacité de la RT est augmentée par la protéine de la nucléocapside (NC) grâce à son activité chaperonne vis-à-vis des acides nucléiques et/ou une coopération entre les deux protéines. Dans ce travail, nous avons étudié par la technique de smFRET (single molecule Fluorescence Resonance Energy Transfer) les effets de la NC sur l’interaction entre la RT et un substrat d’ADN au niveau de deux sites de pause de la synthèse de l’ADN(+). Nous avons d’abord réalisé et validé le montage de smFRET. Lors de la validation du montage avec des fluorophores Cy3 encapsulés dans des vésicules lipidiques, nous avons mis en évidence deux mécanismes différents entrainant le photoblanchiment du Cy3. Ensuite, après avoir déterminé les propriétés de liaison à l’équilibre de la RT et la NC sur différents substrats amorce/matrice à l’aide de mesures d’ensemble en solution, nous avons confirmé par smFRET que la RT adopte plusieurs conformations sur son substrat d’ADN, incluant celle qui conduit à la polymérisation de l’ADN. En présence de la NC, nous n’avons observé qu’une réorganisation modérée des différentes conformations du complexe RT/substrat. Par contre, une réorganisation beaucoup plus importante est induite par la NC en présence du dNTP, avec une très forte exaltation des conformations compétentes pour la polymérisation. Nous avons également montré que la NC augmente l’efficacité de synthèse de l’ADN au niveau de sites de pause en diminuant ou en augmentant le temps de dissociation du complexe RT/substrat/dNTP selon le type de site de pause. L’ensemble de ces données permet de mieux comprendre les mécanismes polyvalents par lesquels NC facilite l’activité de la RT. / The reverse transcriptase (RT) is a p66/p51 hetero-dimer with DNA polymerase and ribonuclease H activities which plays a critical role in the viral cycle of HIV-1. RT converts the viral genomic RNA to proviral DNA in the cytoplasm of infected cells. The efficiency of RT is increased by the nucleocapsid protein (NC) through its nucleic acids chaperone properties and/or via direct interaction with RT. In the present work, we investigated the effects of NC on the interaction between RT and its DNA substrate attwo pause sites during the synthesis of (+)DNA by using the smFRET (single molecule Fluorescence Resonance Energy Transfer) technique. In a first step, we implemented and validated the smFRET set-up. Within the validation step, using Cy3 fluorophores encapsulated, in lipid vesicles, we monitored the photobleaching of Cy3 dyes and found out that it was governed by two parallel mechanisms. In a second step, we determined the affinity of RT and NC to different primer/template substrates by using steady-state fluorescence. Then, we confirmed by smFRET that RT adopts different conformations on its DNA substrate, including the one that leads to DNA polymerization. In the presence of NC, we observed only a moderate reorganization of the different conformations of RT/substrate complex. However, NC was found to induce a more important reorganization in the presence of dNTP, with a very strong promotion of the polymerization-competent conformations. We also showed that NC increases the efficiency of DNA synthesis at pause sites by either decreasing or increasing the dissociation time of the RT/substrate/dNTP complex, depending on the type of pause site. Together, these data allow us to further elucidate the mechanisms by which NC facilitates the RT.

La protéine NCp7 du VIH-1 est une cible thérapeutique de choix car, en plus d’être conservée, elle intervient lors de nombreuses étapes du cycle rétroviral. A ce jour, peu de données existent concernant l’interaction possible de NCp7 avec les membranes lipidiques. Or il a récemment été montré que, lors de l’assemblage des virions, le précurseur Gag adopte une conformation repliée qui permettrait à son domaine NC d’interagir avec la membrane plasmique. Dans le but de tester cette hypothèse nous avons utilisé NCp7 sous sa forme mature. Nos résultats indiquent que NCp7, libre ou liée à des acides nucléiques, se lie aux membranes lipidiques chargées négativement, possède la capacité de recruter les lipides chargés négativement de manière à optimiser sa liaison sur la membrane et peut également déstabiliser ces membranes. Finalement, en utilisant un système modèle, nous avons mis au point les conditions de travail pour la poursuite de cette étude à l’aide de la microscopie super-résolutive. / The NCp7 protein is an interesting antiviral target since it is conserved and plays a numerous key roles in the HIV-1 replication cycle. Interestingly, while only few data are currently available on the possible interaction of NCp7 with lipid membranes, it has been recently shown that during assembly, the Gag precursor can adopt a bent conformation where the NC domain may interact with the plasma membrane. In order to check this hypothesis we used the mature NCp7. Our data indicated that the NCp7 protein, free or bound with nucleic acids, binds to negatively charged lipid membrane with high affinity, can recruit negatively charged lipids to optimize its binding to lipid membranes and has the ability of to destabilize negatively charged lipid membranes at high concentrations. Finally, by using a receptor/ligand model system we established the working conditions to investigate Gag/membrane interactions by high resolution microscopy.

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.