In the past few years, cytoplasmic processing bodies (P-Bodies) have been identified in eukaryotic cells. P-bodies have roles in translational repression, mRNA storage, mRNA decay and are conserved cytoplasmic aggregations of non-translating mRNAs in conjunction with translation repression and mRNA degradation factors. In this work, I, in collaboration with others provide evidence for a new biological role for P-bodies in viral life cycles. This work can be summarized thus:In a collaborative effort, I have identified connections between retrovirallike transposon life cycles and P-bodies. For example, genetic evidence in yeast indicates that key proteins within P-bodies are required for the life cycles of the Ty1 and Ty3 retrotransposons. Moreover, Ty3 genomic RNA (gRNA) as well as viral structural proteins accumulate in P-bodies, suggesting that P-bodies may serve as sites of viral assembly.Second, I have shown, with assistance of collaborators, that the positivestrand RNA virus, Brome Mosaic Virus (BMV) gRNA accumulates in P-bodies Moreover, viral RNA dependent RNA polymerase (RdRp) colocalizes with and co-immunoprecipitates with the P-body protein Lsm1p, suggesting that P-bodies may participate in viral replication. Remarkably, the accumulation BMV gRNA in P-bodies is dependent on cis-elements that have been demonstrated to play critical roles in viral RNA replication.The identification of P-bodies as sites of accumulation of viral gRNA and viral proteins of both retro-virus like elements and positive-stranded RNA viruses, expands the list of important biological roles played by P-bodies. Since P-body proteins and structure are highly conserved, these findings imply that Pbodies will be important for other RNA viruses.

Au cours de la croissance des levures, la cellule doit dupliquer sont génome nucléaire et mitochondrial, le processus de réplication est bien moins étudié dans les mitochondries. Néanmoins, si de multiples ADN polymérases sont impliquées dans les processus de réplication et de réparation dans le noyau, il est considéré jusqu’à aujourd’hui qu’une seule ADN polymérase est impliquée dans ces processus dans la mitochondrie. Des résultats récents mettent en exergue le fait que la situation est bien plus compliquée qu’il n’y apparait au départ. Pour élucider le processus de réplication dans la mitochondrie de levure, j’ai focalisé mon intérêt à tenter de purifier et de caractériser le complexe de réplication. Ce travail était important à développer étant donné la découverte au laboratoire d’une seconde ADN polymérase supplémentaire à la polymérase gamma, dans les mitochondries de levure. Une première partie de ma thèse a été de m’investir afin d’obtenir suffisamment de protéines dans le but d’une identification par spectrométrie de masse, compte tenu de la faible proportion des ADN polymérases dans la cellule et en particulier dans la mitochondrie. Nous avons démontré que cette polymérase est codée par le gène unique POL1. Par des techniques d’ultracentrifugation et d’analyse biochimiques, j’ai réussi à isoler et caractériser un complexe de réplication mitochondrial. Des techniques d’exclusion chromatographiques ont permis d’attribuer une masse native à ce complexe. Sa composition a été étudiée grâce à des colonnes ioniques et hydrophobes, une autre méthode d’analyse repose sur l’utilisation de colonnes d’affinité afin de reconstituer in-vitro les interactions existant entre plusieurs protéines présumées impliquées. Ainsi, un réseau d’interactions impliquant les deux ADN polymérases mitochondriales avec cinq autres protéines a été reconstitué. La masse native de différentes formes stables de ce complexe se situent à 500 kDa ou au-delà de 1 MDa. / During yeast growth, cells must duplicate their nuclear and mitochondrial DNA. The replication process involved is less studied in mitochondria. Nevertheless, if multiple DNA polymerases are implicated in the nuclear replication and repair mechanisms, until now it is believed that only one DNA polymerase is involved in these processes in mitochondria. Recent results pointed out that the situation is more complicated than preliminary believed. To elucidate the replication process in yeast mitochondria I focused my interest in attempts to purify and characterize the replication complexes. This work was important to develop in accord with the discovery in the laboratory of a second DNA polymerase in addition to the polymerase gamma in yeast mitochondria. One first part of my thesis was to hardly purify enough of this enzyme to be allowed to identify it by mass spectrometry as the DNA polymerase alpha, encoded by the unique POL1 gene. By ultracentrifugation and biochemical techniques, I succeeded to purify the complex. Exclusion chromatographies were managed to elucidate the native mass of this complex. In addition ionic and hydrophobic chromatographic columns were carried out to determine its composition. Another way to study the complex was the reconstitution in vitro of the interactions happening with some usual suspect proteins with the help of chromatographic affinity columns. I reconstituted partly an interactions model network, including the two mitochondrial DNA polymerases and 5 others proteins implicated in replication. I determined the mass of different stable forms of the isolated complexes, around 500 kDa and over 1 MDa

Le virus de la vaccine (VACV) est un grand virus à ADN, modèle du genre orthopoxvirus, et partage plus de 97% d'identité de séquence avec le virus de la variole (VARV), un pathogène humain majeur éradiqué en 1977 grâce au programme de vaccination mondial avec le VACV. Celle-ci ayant été stoppée dans les années 80, un pourcentage significatif de la population mondiale est aujourd'hui considérée comme immunologiquement naïf vis à vis du virus de la variole, ce qui fait de lui un agent bioterroriste potentiel. De plus, la vaccination implique un grand nombre de complications, particulièrement graves chez les personnes immunodéprimées ; et les antiviraux disponibles sont peu développés, ce qui souligne le besoin de nouvelles molécules. Le complexe de réplication apparait comme étant une cible privilégiée, de par son importance dans le cycle viral mais aussi par sa localisation cytoplasmique qui le rend plus accessible aux molécules antivirales. Nous nous sommes intéressés à 4 protéines essentielles de ce complexe : l'ADN polymérase E9, le facteur de processivité composé de la protéine A20 et de l'uracile ADN glycosylase D4 et l'hélicase-primase D5. Nous avons pu exprimer ces protéines de manière recombinante, seules ou en complexe ainsi que les caractériser biochimiquement et biophysiquement. Nous avons finalement abouti à une reconstruction strcuturale du complexe A20D4E9 à basse résolution grâce à la technique de SAXS, ce qui nous a permis de proposer le premier modèle structural de la fourche de réplication du virus de la vaccine. / Vaccinia virus (VACV) is a large DNA virus, prototypic virus of the orthopoxvirus genus, and shows over 97% amino acid sequence identity with the variola virus (VARV), a major human pathogene eradicated in 1977 thanks to the universal vaccination program with VACV. As this vaccination was halted in the 1980s, a significant percentage of the world population is now immunologically naïve, which makes the VARV a potent bioterrorist agent. Vaccination against smallpox may result in a variety of complications, particularly in immunologically depressed patients, and the available antiviral therapeutics are rare, which enhance the need of new molecules. The replication complex appears as an ideal target because of its importance in the viral cycle and its cytoplasmic localization, more accessible for the molecules. We have focused our study on 4 essential proteins of this complex: the DNA polymerase E9, the processivity factor composed by the A20 protein and the uracil DNA glycosylase D4 and the helicase-primase D5. We could express these recombinant proteins, alone and in complex, and characterize them biochemically and biophysically. Using the SAXS technic, we finally reached a low resolution model of the A20D4E9 complex which allow us to propose the first structural model of the vaccinia virus replication fork.

Rubella virus (RUBV) is a positive-strand RNA virus and the causative agent of rubella and congenital rubella syndrome in humans. To replicate its RNA, RUBV forms membrane-associated spherules, called replication complexes (RCs), the induction of which requires the two virus nonstructural proteins (NSPs), P150 and P90. Interestingly, late in infection the NSPs form a unique cytoplasmic fiber network, similar in appearance to microtubules, the function of which is unknown. Little is known about the roles of the RUBV NSPs in forming these structures and, to this end, we scrutinized the behavior and biochemical properties of the NSPs, both after expression from plasmids and during RUBV infection, using mutagenic, biochemical and pharmacological approaches. The following findings were made: First, the precursor from which P150 and P90 are produced via an embedded protease at the C-terminus of P150, called P200, was required for initial targeting to cytoplasmic foci. P150 was the determinant of fiber formation and while P90 had no specific targeting sequences on its own, P90 sequences within P200 were required for correct targeting of P200. An alpha-helix at the N-terminus of P150 was also important for correct targeting of P200, putatively by mediating the interaction between P150 and P90 within the precursor. Second, the membrane binding domain within the NSPs was within the N-terminal ~450 amino acids of P150. P150 is in an exceptionally tight association with membranes. Third, both the N- and C-terminal regions of P150, and specifically long alpha-helices within these regions, are necessary for fiber formation. Fiber formation relied on an intact microtubule network, but neither microtubule repositioning nor dynamic movement along microtubules was required. Additionally, it was shown that microtubules were not necessary in RUBV replication. Finally, P150 fibers were not required for RUBV replication; however, it was shown that the fibers are likely important in formation of cytoplasmic extensions through which a novel system of cell-to-cell transport of viral RNA in the absence of virus particles appears to occur.

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Le virus de la mosaïque jaune du navet (TYMV) possède un génome monopartite constitué d’ARN de polarité positive codant pour trois protéines, dont seule la polyprotéine 206K est indispensable à la réplication virale.Elle subit une maturation protéolytique, générant les protéines 140K et 66K, localisées au niveau de l’enveloppe des chloroplastes, siège de la réplication virale.Adressée aux chloroplastes, la protéine 140K y recrute la 66K et se comporte comme une protéine intégrale membranaire.Le domaine d’adressage aux chloroplastes (DAC) de la protéine 140K a été défini grâce à la transfection et à des protoplastes d’Arabidopsis thaliana par différentes constructions codantpour des versions délétées de la protéine fusionnées à l’EGFP, et à leur observation en microscopie confocale. Le DAC comprend deux hélices alpha amphipathiques dont la présence a été attestée par dichroïsme circulaire. Leur nécessité pour la localisation aux chloroplastes, l’association aux membranes et la réplication virale, a été étudiée. Différents patterns de distribution subcellulaire de la protéine 140K ont été observés. Ils sont corrélés au taux d’expression de la protéine. Sa dimérisation a également été démontrée.L’implication d’autres résidus du DAC dans la localisation subcellulaire, la dimérisation et la réplication virale, a également été recherchée. / Turnip yellow mosaic virus (TYMV) is a positive single-stranded RNA virus. Among the three ORFs encoded by the TYMV genome, 206K is the only protein required for viral replication. It is cleaved into 140K and 66K, which are both present at the chloroplast envelope membrane, where viral replication takes place.The 140K protein is targeted to chloroplasts, where it recruits 66K, and behaves as an integral membrane protein. The chloroplast targeting domain (DAC) of the 140K protein was defined using Arabidopsis thaliana protoplasts transfected by various constructs encoding deleted versions of 140Kfused to EGFP and subsequent confocal microscopy. The DAC comprises two amphipathic alpha helices, as confirmed by circular dichroism. Their involvement in chloroplast localisation and membrane association has been assessed, as well as their contribution to viral replication.We observed different subcellular distribution patterns of 140K protein, which correlate with the expression level of the protein. Its capability to dimerize has also been demonstrated.The involvement of other DAC residues in subcellular localisation, dimerization and viral replication has been studied.

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Les rhabdovirus, dont les virus de la stomatite vésiculaire (VSV) et de la rage (RAV) constituent des prototypes, sont des virus enveloppés dont le génome est constitué d'une seule molécule d'ARN simple brin de polarité négative qui font partie de l'ordre des Mononegavirales (MNV). La machinerie de transcription/réplication de ces virus est constituée de l'ARN génomique et de trois protéines qui sont communes à tous les virus de l'ordre des MNV, la (N) qui encapside le génome viral, la grande sous-unité de l'ARN polymérase ARN dépendante (L) et la phosphoprotéine (P) qui est un cofacteur non-catalytique de la L et sert de chaperonne à la N. Le premier objectif de mon travail de thèse consistait à déterminer la structure cristallographique du domaine de dimérisation de la phosphoprotéine du virus de la rage. La P des rhabdovirus est une protéine modulaire qui contient deux régions intrinsèquement désordonnée, un domaine central responsable la dimérisation et un domaine C-terminal responsable de la fixation sur la matrice N-ARN. Le modèle atomique obtenu à une résolution de 1.5A montre que la structure est très différente de celle du domaine correspondant chez VSV. Le second objectif de mon travail était la caractérisation structurale de la grande sous-unité L de la polymérase du virus de la stomatite vésiculaire. Cette enzyme de 2109,aa, possède six régions conservées. Le domaine conservé III comprend les régions impliquées dans l'activité de polymérisation et les domaines V et VI sont responsables de la formation de la coiffe des ARNm. Plusieurs stratégies ont été envisagées successivement. (1) Sur la base de prédictions de structures secondaires et de prédictions de désordre, nous avons essayé d'exprimer différents fragments en système d'expression bactérien. Les constructions testées se sont avérées insolubles et certaines d'entre elles fixaient GroEL, indiquant un problème de repliement. (2) Nous avons alors essayé d'exprimer la L seule ou en complexe avec la P en système d'expression eucaryote. La purification s'est avérée impossible, la protéine L restant toujours associées à des protéines cellulaires visibles par coloration au bleu de Coommassie. (3) Finalement nous avons réussi à purifier la polymérase à partir de virus entier. La préparation de la polymérase était très homogène et a permis d'entreprendre une caractérisation par microscopie électronique. Une classification d'images a permis de construire un premier modèle à basse résolution. Le modèle révèle la présence d'un domaine annulaire avec plusieurs domaines structurés attachés au coeur de la polymérase. La cryo-microscopie électronique et la tomographie permettront d'obtenir plus de détails sur cette protéine. / Rhabdoviruses, including vesicular stomatitis virus (VSV) and rabies virus (RAV), are enveloped viruses which genome is made of a single molecule of negative-sense RNA and are classified in the order Mononegavirales (MNV). The transcription/replication machinery of these viruses consists of the genomic RNA and of three proteins, which are common to all other viruses of the order MNV, a nucleoprotein (N) that encapsidates the viral genome, a large subunit of the RNA-dependent RNA polymerase (L) and a phosphoprotein (P) that acts as a non-catalytic cofactor of L and a chaperone of N. The first goal of my research project was to determine the crystallographic structure of the dimerization domain of the rabies virus phosphoprotein. The P protein of the rhabdoviruses is a modular protein, which contains two intrinsically disordered regions, a central dimerization domain and a C-terminal domain involved in binding to the N-RNA template. The atomic model obtained at a resolution of 1.5 A showed that the structure is different from that of the corresponding domain of VSV. The second goal was the structural characterization of the large subunit L of VSV polymerase. The enzyme of 2109 aa has six conserved regions. Conserved region III includes the residues involved in the RNA synthesis activity, whereas domains V and VI are involved in mRNA capping formation. Three strategies were successively developed: (1) On the basis of secondary structure and disorder predictions, we tried to express different fragments in bacterial expression systems. These constructions appeared to be insoluble and some of them bound GroEL suggesting a folding problem; (2) We tried to express L alone or co-express it with P in eukaryotic expression system. The purification appeared to be impossible, the L protein always remaining associated with host-cell proteins in amounts detectable by Coommassie staining; (3) We succeeded in purifying the L protein from the virus. The L samples were homogenous and allowed a characterization by electron microscopy. Image classes allowed the reconstruction of a first low-resolution model. This model revealed the presence of a large ring-like domain and several globular domains. Cryo-electron microscopy and tomography should lead to a more detailed description of this protein.

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