Le virus respiratoire syncytial (VRS) est un membre de la famille des Paramyxoviridae, des virus simple brin d'ARN non segmentés de polarité négative. Le virus respiratoire syncytial humain (VRSh) est la principale cause des maladies respiratoires chez les enfants, et il est la priorité des cibles vaccinales. Notre objectif est d'obtenir des réponses sur la structure et la dynamique des différents composants du complexe ARN polymérase ARN dépendante du VRS (RdRp) et sur leurs interactions, en utilisant la résonance magnétique nucléaire (RMN), en espérant pouvoir proposer des molécules qui inhibent ou perturbent ces interactions afin de développer des médicaments antiviraux spécifiques. Mon travail porte sur deux protéines du complexe RdRp: la phosphoprotéine P, qui est le co-facteur principal de la polymérase et elle est nécessaire à la fois pour la transcription virale et pour la réplication, et M2-1 qui est un facteur d'antiterminaison de la transcription. Notre but est de caractériser la structure de P, par rapport à d'autres protéines P des Mononegavirales, la P du VRSh est assez courte et ne comporte pas de domaines avec structure tertiaire stable en dehors du domaine de tétramérisation central résistant à la trypsine. L'analyse de séquence de P prédit la présence d'un domaine d'oligomérisation et de grandes extensions en N-et C-terminales intrinsèquement désordonnés. Cet agencement de domaine est confirmé par RMN. En outre, nous avons utilisé l'analyse de déplacements chimiques secondaires et des mesures de relaxation nucléaire en azote 15 pour montrer que des hélices transitoires sont formées dans les extrémités N- et C-terminales de P. A l'extrémité C-terminale, des hélices presque complètement formées semblent prolonger le domaine d'oligomérisation. A l'extrémité N-terminale des hélices transitoires formées coïncident avec les sites de liaison pour la nucléoprotéine du VRS et pour la liaison au co-facteur de transcription M2-1, comme montré par des expériences d'interaction par RMN. La protéine M2-1 du VRSh est un cofacteur du complexe RdRp essentiel pour la transcription virale en augmentant la processivité de la polymérase. M2-1 est une protéine modulaire qui se lie à l'ARN et interagit également avec la phosphoprotéine virale P. Ces propriétés de liaison sont liées au domaine globulaire de M2-1. Puisque La structure du domaine globulaire de M2-1 a été déjà résolue par mon équipe par RMN, donc nous avons pu montrer le chevauchement partiel des surfaces d'interaction de l'ARN et de P, sur le fragment monomère de M2-1 (58-177) par RMN, confirmant que cette protéine se lie à la phosphoprotéine P et à l'ARN de manière compétitive. Tous les résultats de RMN sont toujours confirmés par des tests fonctionnels par nos collaborateurs à l'INRA, Jouy-en-Josas. / Respiratory syncytial virus (RSV) is a member of the Paramyxoviridae family of non segmented, negative sense singlestranded RNA viruses. Human respiratory syncytial virus (hRSV) is major cause of respiratory diseases in children, and is prioritized vaccine targets. Our aim is to get answers about the structure and dynamics of different components of the RSV RNA dependent RNA polymerase complex (RdRp) and about their interactions, by using Nuclear Magnetic Resonance, as a prerequisite to rational drug design. My work focuses on two RSV proteins: the phosphoprotein, which is the main polymerase co-factor and necessary for both viral transcription and replication, and M2-1 which is the antitermination factor of transcription. Our aim is to characterize the structure of P. As compared to other P proteins of Mononegavirales, hRSV P is rather short and does not comprise domains with stable tertiary fold outside the central trypsin-resistant tetramerization domain. Sequence analysis of P predicts the presence of a helical oligomerization domain and large disordered N-and C-terminal extensions. This domain arrangement is confirmed by NMR. Moreover we used backbone chemical shift analysis and 15 N relaxation experiments to show that transient helices are formed in the N- and C-termini of P. At the C-terminus, nearly completely formed helices seem to prolong the oligomerization domain. At the N-terminus transiently formed helices coincide with the binding sites for the RSV nucleoprotein and for the transcription co-factor M2-1, as shown by NMR interaction experiments. The M2-1 protein of hRSV functions as an essential transcriptional cofactor of the viral (RdRp) complex by increasing polymerase processivity. M2-1 is a modular RNA binding protein that also interacts with the viral phosphoprotein P. These binding properties are related to the core region of M2-1. After solving the structure of the corresponding domain, we showed that partial overlap of the RNA and P interaction surfaces, determined by NMR on the monomeric M2-1(58-177) fragment, accounts for the previously observed competitive behavior of RNA versus P in M2-1 binding. The NMR results are always confirmed by functional tests by our collaborators at INRA, Jouy-en-Josas

Les virus Nipah (NiV) et Hendra (HeV) sont des paramyxovirus zoonotiques appartenant au genre Henipavirus. Les paramyxovirus possèdent un génome ARN simple brin de polarité négative encapsidé par la nucléoprotéine (N) au sein d’une nucléocapside hélicoïdale. Cette dernière sert de substrat pour la transcription et la réplication, réalisées par la polymérase virale qui consiste en un complexe entre la protéine L et la phosphoprotéine (P). A l’aide d’approches biophysiques, j’ai établit une cartographie de l’interaction entre la région C-terminale désordonnée de N (NTAIL) et la région C-terminale de P (PXD) chez NiV, HeV et MeV. L’observation à l’échelle atomique par RMN a confirmé l’intervention d’un élément de reconnaissance moléculaire (MoRE) qui subit un repliement α-hélical au contact de PXD. J’ai également montré la capacité des domaines NTAIL et PXD des henipavirus à former des complexes hétérologues soulignant leur proximité structurale. L’interaction NTAIL-PXD, cruciale pour le recrutement de la polymérase virale constitue une cible idéale pour des approches antivirales. Ainsi, un test de criblage à haut débit par HTRF a été mis en place dans le but d’identifier des inhibiteurs. Enfin, une approche structurale a révélé une organisation trimérique de la protéine P de NiV et HeV en solution. La résolution de la structure cristalline de la région de tétramérisation de P du virus de la rougeole montre la présence d’une région désordonnée à proximité du site putatif de recrutement de L. Collectivement, ces résultats représentent une étape clé vers l’élucidation du l’impact fonctionnel de l’oligomérisation de la protéine P sur le cycle réplicatif des paramyxovirus. / Nipah (NiV) and Hendra (HeV) viruses are zoonotic paramyxoviruses that belong to the Henipavirus genus. Paramyxoviruses possess a single-stranded negative-sense RNA genome that is encapsidated by the nucleoprotein (N) into a helical nucleocapsid. This latter is the substrate for both transcription and replication that are carried out by the polymerase, consisting of a complex between the large protein (L) and the phosphoprotein (P). Using various biophysical approaches, I was able to map the interaction between the C-terminal disordered region of N (NTAIL) and the C-terminal region of P (PXD) in NiV, HeV and MeV. Atomic resolution description of the HeV NTAIL-PXD interaction by NMR confirms the involvement of a molecular recognition element (MoRE) of α−helical nature in binding to PXD. I also showed that Henipavirus NTAIL-PXD form heterologous complexes, involving a structural similarity. As this interaction is crucial for the recruitment of the viral polymerase, it is a promising target for antiviral approaches. This prompted me to set up a protein-protein interaction (PPI) assay based on the HTRF technology to identify inhibitors. Finally, I provided the first experimental evidence of a trimeric organization of P proteins in NiV and HeV. We also solved the crystal structure of two different forms of MeV P tetramerization domain who unveiled the presence of a disordered region located near the putative L-binding site and reveal significant structural variations in coiled-coils organization. Collectively, these results represent a key step towards the elucidation of the functional impact of P protein oligomerization on the replicative cycle of paramyxoviruses.

Le Virus Respiratoire Syncytial (VRS) est le principal agent responsable d’infections respiratoires sévères chez les nourrissons et les veaux. Le génome du VRS est constitué d’un ARN simple brin de polarité négative qui est répliqué et transcrit par le complexe ARN-polymérase viral (RdRp). Ce complexe est composé de la nucléoprotéine N, de la polymérase L, de la phosphoprotéine P et du facteur anti-terminateur de transcription M2-1. Le but de ce travail était de mieux caractériser la structure et le fonctionnement de deux protéines du complexe RdRp: P et M2-1.M2-1 est un tétramère constitué de 4 domaines : un « doigt de zinc », un domaine d’oligomérisation hélicoïdal, une région flexible, un domaine globulaire interagissant avec l'ARN et P, et une région C-terminale désordonnée. À partir de la structure cristalline de M2-1 pleine longueur, j'ai identifié des résidus critiques sur le doigt de zinc et la région flexible pour l'activité d'anti-terminaison de transcription de M2-1.Par la suite j'ai identifié une région de P critique pour l’interaction P - M2-1 et montre qu’elle est nécessaire au recrutement de M2-1 dans des corps d’inclusion cytoplasmiques. Je montre également que la déphosphorylation de M2-1, nécessaire à la transcription virale, est modulée par un complexe formé entre P et la phosphatase cellulaire PP1.Enfin, la cyclopamine, composé chimique naturel, inhibe la réplication du VRS. Je démontre qu'une seule mutation R151K sur M2-1 est suffisante pour conférer une résistance virale à la cyclopamine. Ces données ouvrent de nouvelles perspectives pour le développement de futures thérapies contre le VRS. / Respiratory syncytial virus (RSV) is the leading cause of lower respiratory tract illness in infants and calves. The RSV genome consists of a single strand, negative-sense RNA, which is replicated and transcribed by the viral RNA-dependent RNA polymerase complex (RdRp). This complex is composed of the nucleoprotein N, the large protein L, the phosphoprotein P and the transcription anti-terminator M2-1. The aim of this work was to better characterize the structure and function of P and M2-1.M2-1 is a tetramer with 4 domains: a zinc-finger, a helical oligomerization domain, a flexible region, a RNA and P binding core domain and a C-terminal disordered region. Based on the crystal structure of the full-length M2-1 protein, I identified residues in the zinc-finger and the flexible loop critical for M2-1 antitermination activity.Then I identified a region of P critical for P – M2-1 interaction and show that it is required for the recruitment of M2-1 to cytoplasmic inclusion bodies. I also show that M2-1 dephosphorylation, which is critical for viral transcription, is modulated by a complex formed by P and the cellular phosphatase protein-1 (PP1).Finally cyclopamine, a natural chemical compound, inhibits the RSV replication. I show that a single R151K mutation in M2-1 is sufficient to confer virus resistance to cyclopamine. These data open a new avenue for the development of future therapies against RSV infection.

Le virus de la stomatite vésiculaire (VSV) sert de modèle pour l'étude de la multiplication des virus (Mononegavirales) alors que la rage(RV) reste un sérieux problème de santé publique. Le génome de VSV et RV code notamment la nucléoprotéine (N) et la phosphoprotéine (P). N s'associe étroitement à l'ARN viral. Ce complexe N-ARN sert de matrice pour la réplication et la transcription virale. P est le cofacteur de la polymérase virale (L) et chaperonne N. En interagissant avec N-ARN (domaine C-terminal) et avec L (domaine N-terminal), P assure le lien physique entre l'ARN viral et L. La stœchiométrie de P, sa structure et son rôle exact pendant la transcription et la réplication restent incertains. Mon travail a consisté à une caractérisation biophysique et structurale de P et des complexes N-ARN-P pour mieux comprendre la dynamique du complexe de réplication de ces virus.<br />L'analyse biophysique montre que P RV & VSV existent sous forme de dimère allongé en solution. L'analyse bioinformatique a révélé une organisation modulaire, confirmé par des études biochimiques et biophysiques de mutants de P RV. La structure du domaine C-terminal de P VSV a été résolue par RMN et montre une homologie celle du C-ter de P RV. La caractérisation de l'interaction entre P et les anneaux N-ARN a révélé l'existence de deux types de complexes N-ARN-P (contenant un et 2 dimères de P par anneau). L'étude par ME des complexes nucléocapsides-P a permis de mettre en évidence un changement de conformation important.<br />Pour devenir accessible à L, l'ARN viral doit se dissocier localement de N. L'interaction N-ARN-P représente potentiellement une nouvelle cible pour le développement d'antiviraux.