Le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1), est un rétrovirus dont le génome est composé de deux molécules d’ARN simple brin. La transcriptase inverse codée par le VIH-1 utilise l’ARNt3Lys de la cellule hôte pour amorcer la réplication de son génome ARN en ADN proviral. L’ARNt3Lys est encapsidé dans les virions lors de l’assemblage; la lysyl-ARNt synthétase (LysRS) cellulaire est impliquée dans ce mécanisme et sert de co-transporteur à l’ARNt3Lys.Chez l’homme, il existe deux formes de LysRS, une forme cytoplasmique (cLysRS) et une forme mitochondriale (pmLysRS) qui donnera la forme mature (mLysRS) après translocation dans la mitochondrie. Les deux LysRS sont issues d’un même gène par épissage alternatif. Il a été démontré que seule la forme mitochondriale est présente dans les particules virales.Nous avons établi un modèle des interactions protéine-protéine impliquées dans la formation du complexe d’encapsidation de l’ARNt3Lys. En recherchant les interactions des précurseurs Gag et GagPol avec les LysRS et leurs domaines, nous avons démontré que seul le domaine Pol du précurseur GagPol a la capacité de s’associer à la LysRS. Ce sont les sous-domaines transframe TF et intégrase IN du domaine Pol qui permettent l’association entre LysRS et GagPol. Cette association se fait via le domaine catalytique de l’enzyme. La sélectivité de l'encapsidation de la forme mitochondriale de LysRS aux dépens de sa forme cytoplasmique pourrait résider dans la stricte compartimentation cellulaire de ces deux formes enzymatiques. Nous avons voulu établir à quel stade l’encapsidation de la LysRS mitochondriale a lieu, soit avant sa translocation mitochondriale sous forme de précurseur pmLysRS, soit après sous forme mLysRS maturée. Nous avons déterminé le site de maturation du précurseur pmLysRS puis caractérisé les deux formes mitochondriales de la LysRS, en déterminant leurs paramètres cinétiques et leur affinité pour l’ARNt3Lys. Alors que la forme pmLysRS ne forme pas de complexe stable avec l’ARNt, la forme maturée mLysRS est la plus apte à interagir avec l’ARNt3Lys. Ce serait donc la mLysRS qui serait impliquée dans le transport de l’ARNt3Lys dans les particules virales lors du bourgeonnement.Comme l'interaction GagPol:LysRS n'est pas spécifique in vitro de la forme mLysRS qui est la seule espèce de LysRS encapsidée, nous avons recherché si d’autres protéines virales pouvaient intervenir dans la formation du complexe d’encapsidation et conférer la spécificité pour la seule mLysRS. Nous avons montré que les protéines auxiliaires Rev et Vpr ont la capacité à s’associer à la LysRS sans distinction d'origine, mais ne peuvent interagir dans le contexte du complexe d'encapsidation GagPol:mLysRS:ARNt3Lys. Les différentes formes de LysRS pourraient ainsi réguler l'activité de Vpr et Rev à d'autres étapes du cycle viral. / The Human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) is a retrovirus with a genome composed of two molecules of single stranded RNA. The reverse transcriptase encoded by HIV-1 uses the cellular tRNA3Lys to prime the replication of its RNA genome into a proviral DNA. The tRNA3Lys is packaged into the viral particles during their assembly; the cellular lysyl-tRNA synthetase (LysRS) is involved in this mechanism as a co-carrier of tRNA3Lys.In human, there are two forms of LysRS, a cytoplasmic form (cLysRS) and a mitochondrial form (pmLysRS) that will be maturated into mLysRS after translocation into the mitochondrion. Both LysRS arise from the same gene by alternative splicing. It was demonstrated that only the mitochondrial species is present in the viral particles.We established a model of the protein-protein interactions which are implied in the formation of the packaging complex of tRNA3Lys. By searching for interactions of the viral precursors Gag and GagPol with the LysRS species and their domains, we demonstrated that only the Pol domain of the GagPol precursor has the capacity to interact with LysRS. The transframe (TF) and integrase (IN) domains of the Pol region of the polyprotein GagPol are required for association of LysRS with GagPol. This association is mediated by the catalytic domain of the enzyme. The selectivity of the packaging of the mitochondrial species of LysRS but not of its cytoplasmic species would rest on the cellular compartmentalization of these two enzyme forms. To establish at which step the mitochondrial LysRS is packaged, either as the pmLysRS precursor before its mitochondrial translocation, or after as the mature mLysRS, we determined the site of maturation of the pmLysRS precursor, then we characterized both mitochondrial forms of LysRS, by determining their kinetic parameters and their affinity for tRNA3Lys. Whereas the pmLysRS species did not form a stable complex with tRNA, the mature pmLysRS species did. Thus, mLysRS is the only LysRS species which could be implied in the transport of tRNA3Lys into the viral particles during the budding step. In vitro, the interaction GagPol:LysRS is not specific for the mLysRS species, but only the mitochondrial LysRS is packaged into the viral particles. We determined if another viral protein could impact the specificity of mLysRS packaging. We showed that the auxiliary proteins Rev and Vpr have the capacity to interact with LysRS but this intercation is not recovered in the context of the GagPol:mLysRS:tRNA3Lys packaging complex. These data suggest that the different forms of LysRS might regulate the activity of Vpr and Rev at other steps of the viral cycle.

La reconnaissance spécifique du génome viral et son encapsidation est une étape cruciale pour l’assemblage de particules virales. Chez SPP1, comme chez d’autres bactériophages à queue, le moteur moléculaire qui encapside le génome viral est composé de la terminase, une enzyme hétéro-oligomérique qui possède une activité ATPasique et nucléasique, et de la protéine portale, un oligomère cyclique par lequel l’ADN viral est transloqué. Dans un grand nombre de ses virus, l’encapsidation de l’ADN est initiée par la reconnaissance et le clivage d’une séquence spécifique nommée « pac ». C’est un évènement qui se produit une seule fois au début d’une série de cycles d’encapsidation processive à partir d’un concatémère issu de la réplication du génome du phage. La région pac de SPP1 contient deux séquences (pacL et pacR) où TerS (gp1) se lie entourant la région (pacC) où TerL (gp2) coupe l’ADN de SPP1.Ici, nous montrons qu’une région de la séquence pacL et qu’un motif polyadénine de pacR agissent ensemble pour promouvoir le clivage en pacC. La dégénération de la région pacC n’a pas montré d’effet sur que le clivage endonucléolytique qui a lieu à une position bien définie de pacC avec une précision de ~6 pb. Des études avec des phages proches de SPP1 ont montré une conservation dans la position du clivage, malgré des variations dans pacC, pacR ou dans la distance entre pacL et pacC. Les données sont compatibles avec un modèle dans lequel TerS interagit spécifiquement avec la région pacL, sur laquelle le multimère cyclique TerS doit s’enrouler, et le motif polyadénine de la région pacR. Le complexe nucléoprotéique résultant va créer un contexte structural qui permet de recruter et positionner le domaine nucléase de TerL pour une coupure très précise sur pacC sans spécificité de séquence. / The specific recognition of the viral genome and its packaging is a critical step in viral particle assembly. In SPP1, as in many tailed bacteriophages, the macromolecular motor that encapsidates viral DNA is composed of terminase, a hetero-oligomeric enzyme possessing ATPase and nuclease activities, and of portal protein, a cyclic oligomer through which DNA is translocated. In a large number of these viruses, DNA packaging is initiated by recognition and cleavage of a specific sequence pac. This event occurs once at the beginning of a series of processive encapsidation events along a substrate concatemer of replicated phage genomes. The SPP1 pac region has two sequences where TerS (gp1) binds (pacL and pacR) flanking the segment where TerL (gp2) cleaves the SPP1 DNA (pacC). Here we show that a sequence segment of pacL and a poly-adenine motif in pacR act together to promote cleavage at pacC. Extensive degeneration of pacC sequence has no detectable effect in pac cleavage. The endonucleolytic cut occurs at a defined position with a precision of ~6 bp. Studies with SPP1-related phages show conservation of the cut position, irrespectively of sequence variation in pacC, in pacR or changes in pacL-pacC distance. The data is compatible with a model in which TerS interacts specifically with a region of pacL that probably wraps around the TerS cyclical multimer, and a poly-A tract in pacR. The resulting nucleoprotein complex architecture positions TerL for accurate cleavage at pacC without specific sequence requirement.

Mon travail de thèse a été basé sur la caractérisation de l'interaction entre Gag (NCp7) et la RPL7 en milieu cellulaire et in vitro ainsi sur son rôle fonctionnel dans le cycle viral. La polyprotéine Gag du VIH-1 orchestre l’assemblage de la particule virale, en favorisant l’encapsidation de l'ARN génomique viral par son domaine NCp7, et en recrutant des protéines virales et cellulaires. Notre hypothèse est de savoir, si Gag peut contrôler sa propre synthèse et par conséquence la transition entre traduction et encapsidation de l'ARN génomique dans les particules naissantes. Nous avons étudié les protéines cellulaires, identifiées par double hybride, qui peuvent interagir avec Gag et NCp7. La RPL7 humaine est l'une de ces protéines de la grande sous-unité 60S ribosomique. Elle se compose de 248 acides aminés et a la capacité d'inhiber la traduction. Cette fonction peut expliquer le «switch» entre la traduction et de l'encapsidation de l'ARN génomique. Les résultats ont montré que Gag était capable d'interagir avec d'autres protéines que la RPL7 de la sous-unité 60S, par son domaine NCp7. / Thesis work was based on characterization of interaction between Gag (NCp7) and RPL7 in cellular environment and in vitro and its functional role in the viral cycle. Gag polyprotein of HIV-1 orchestrates assembly of the virus particle, especially by driving packaging of the viral genomic RNA through its NCp7 domain, and by the recruitment of viral and cellular protein partners. Our hypothesis was to know, whether Gag can control its own synthesis and consequently the transition between translation and packaging of the genomic RNA into nascent particles. We investigated cellular proteins, identified by a two-hybrid assay, which can interact with Gag and NCp7. Human RPL7 is one such protein from large ribosomal subunit 60S. It consists of 248 amino acids and has the ability to inhibit translation. This function can explain the 'switch' between translation and packaging of the genomic RNA. Results showed that Gag was capable of interacting with RPL7 and other proteins from 60S subunit, through its NCp7 domain.

La glycoprotéine M (gM) du virus de l’herpès simplex de type 1 (VHS-1) est une protéine transmembranaire conservée parmi les Herpesviridae. C’est une protéine essentielle pour certains virus herpétiques. Cependant, gM est non essentielle quoiqu’importante pour les Alphaherpesvirinae tels que VHS-1 et VHS-2. En effet, lorsque gM est inhibée lors d’une infection au VHS-1, les titres viraux diminuent d’environ 10 fois. Lors de l’infection, gM migre tout d’abord vers les membranes nucléaires et ensuite vers le réseau trans Golgi (TGN). Il est connu que le transport de gM vers le noyau est dépendant de l’infection, puisque dans des cellules transfectées, gM s'accumule au TGN. Sachant que les interacteurs viraux connus de gM ne sont pas directement impliqués dans cette migration, une étude d’identification de nouveaux partenaires a été conduite. Cent soixante et onze protéines cellulaires potentiellement partenaires de gM ont précédemment été identifiées par BioID. Parmi celles-ci, 27 protéines ont été choisies pour validation étant donné leur implication au niveau du transport vésiculaire ou leur localisation aux membranes nucléaires. Mes travaux démontrent que l'Integral membrane protein 2B (ITM2B), une des protéines choisies pour validation, interagit et colocalise avec gM lors de l’infection. Par ailleurs, elle régule la production virale et la migration de gM vers le TGN lors d’infection. Étonnamment, cette protéine semble aussi être importante pour l’encapsidation du génome viral lors de l’infection. Finalement, nous avons montré que la production de capsides de type C, processus requérant ITM2B, serait impliqué dans la sortie nucléaire de gM. Ainsi, dans ce mémoire, nous établissons de nouvelles fonctions pour une protéine cellulaire, ITM2B, n’ayant pas d’implication auparavant décrites avec le VHS-1, durant la propagation de ce dernier. / Herpes simplex virus type 1 (HSV-1) glycoprotein M (gM) is a transmembrane protein conserved among the Herpesviridae. It is an essential protein for certain herpesviruses. However, gM is nonessential although important for HSV-1 and HSV-2. Indeed, when gM is inhibited during an HSV-1 infection, the viral titers decrease by tenfold. Upon infection, gM migrates first to nuclear membranes and then to the trans-Golgi network (TGN). It is known that the transport of gM to the nucleus is dependent on the infection since, in transfected cells, gM accumulates at the TGN. Knowing that the investigated gM viral interactors are not directly involved in this migration, a recent study identified by BioID 171 cellular proteins potentially partners of gM. Among these, 27 proteins were chosen for validation for their involvement in vesicular transport or localization at the nuclear membranes. Integral membrane protein 2B (ITM2B), one of the proteins chosen for validation, seems to be important for viral production as well as the migration of gM to the TGN during infection. Moreover, we showed that ITM2B interacts and colocalizes with gM upon infection. This protein also seems to be important for encapsidation of the viral genome. Finally, we showed that the production of C-type capsids, a process requiring ITM2B, would be involved in the nuclear exit of gM. In this memoir, we establish new functions for a cellular protein, ITM2B, having no involvement previously described with HSV-1, during the propagation of the latter.

Le virus de l'immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1), est un rétrovirus dont le génome est composé de deux molécules d'ARN simple brin. La transcriptase inverse codée par le VIH-1 utilise l'ARNt3Lys de la cellule hôte pour amorcer la réplication de son génome ARN en ADN proviral. L'ARNt3Lys est encapsidé dans les virions lors de l'assemblage; la lysyl-ARNt synthétase (LysRS) cellulaire est impliquée dans ce mécanisme et sert de co-transporteur à l'ARNt3Lys.Chez l'homme, il existe deux formes de LysRS, une forme cytoplasmique (cLysRS) et une forme mitochondriale (pmLysRS) qui donnera la forme mature (mLysRS) après translocation dans la mitochondrie. Les deux LysRS sont issues d'un même gène par épissage alternatif. Il a été démontré que seule la forme mitochondriale est présente dans les particules virales.Nous avons établi un modèle des interactions protéine-protéine impliquées dans la formation du complexe d'encapsidation de l'ARNt3Lys. En recherchant les interactions des précurseurs Gag et GagPol avec les LysRS et leurs domaines, nous avons démontré que seul le domaine Pol du précurseur GagPol a la capacité de s'associer à la LysRS. Ce sont les sous-domaines transframe TF et intégrase IN du domaine Pol qui permettent l'association entre LysRS et GagPol. Cette association se fait via le domaine catalytique de l'enzyme. La sélectivité de l'encapsidation de la forme mitochondriale de LysRS aux dépens de sa forme cytoplasmique pourrait résider dans la stricte compartimentation cellulaire de ces deux formes enzymatiques. Nous avons voulu établir à quel stade l'encapsidation de la LysRS mitochondriale a lieu, soit avant sa translocation mitochondriale sous forme de précurseur pmLysRS, soit après sous forme mLysRS maturée. Nous avons déterminé le site de maturation du précurseur pmLysRS puis caractérisé les deux formes mitochondriales de la LysRS, en déterminant leurs paramètres cinétiques et leur affinité pour l'ARNt3Lys. Alors que la forme pmLysRS ne forme pas de complexe stable avec l'ARNt, la forme maturée mLysRS est la plus apte à interagir avec l'ARNt3Lys. Ce serait donc la mLysRS qui serait impliquée dans le transport de l'ARNt3Lys dans les particules virales lors du bourgeonnement.Comme l'interaction GagPol:LysRS n'est pas spécifique in vitro de la forme mLysRS qui est la seule espèce de LysRS encapsidée, nous avons recherché si d'autres protéines virales pouvaient intervenir dans la formation du complexe d'encapsidation et conférer la spécificité pour la seule mLysRS. Nous avons montré que les protéines auxiliaires Rev et Vpr ont la capacité à s'associer à la LysRS sans distinction d'origine, mais ne peuvent interagir dans le contexte du complexe d'encapsidation GagPol:mLysRS:ARNt3Lys. Les différentes formes de LysRS pourraient ainsi réguler l'activité de Vpr et Rev à d'autres étapes du cycle viral.