Lors d'une infection virale, l'hôte déclenche une réponse rapide, la rémonse immunitaire innée, dont l'interféron (IFN) de type I est la cytokine centrale. Des motifs moléculaires associés aux micro-organismes (MAMP) sont déteectés par de nombreux récepteurs dédiés, dont les récepteurs cytoplasmiques de type RIG-I (RLR) identifiés à partir de 2004. Les RLR, au nombre de trois, RIG-I, MAD5 et LGP2, sont les ARN-hélicases composées de deux ou trois types de domaines : deux domaines CARD, resposables du recrutement de la cascade de signalisation, un domaine C-terminal CTD, site de liaison initial de l'ARN viral, et le domaine central hélicase, site secondaire de liaison àl'ARN et possédant également une activité enzymatiques ATP-dépendante. RIG-I est impliqué dans la détection de plusieurs virus dont ceux de l'ordre des mononegavirales (virus de la rage, de la rougeole, Ebola). Ce récepteur reconnait des ARN viraux possédant une région double brin adjacente à une extrémité 5'-triphosphate. Les nombreuses études menées n'ont cepnedant pas encore permis de dégager un mécanisme complet et cohérent de l'activation de RIG-I. Notre objectif était donc d'apporter des réponses molécualires quant au mécanismes d'activation de RIG-I. Dans un premier temps, l'élucidation de la structure de la protéine entière RIG-I de canard, par l'équipe de Stephen Cusack, leur a permis d'identifier une conformation auto-réprimée de la protéine. En l'absence d'ARN le domaine CARD2 interagit avec le sous domaine Hel2i du domaine hélicase. Nous avons apporté une preuve fonctionelle de cette observation. Les mutations F540 A/D, du résidu situé dans le sous domaine Hel2i, inhibent l'interaction CARD2-Hel2i et produisent des mutant constituvement actifs. A l'opposé, les mutations correspondantes dans le domaine CARD2 rendent RIG-I inactif. L'interaction CARD2-Hel2i semble donc impliquer une double auto-répression via (i) le masquage du site de liaison à l'ARN du sous-domaine Hel2i, et (ii) le masquage de résidus du domaine CARD2 impliqués dans le recrutement d'intermédiaires requis pour la transduction du signal. Par ailleurs, l'étude de mutants impliqués dans la liaison et l'hydrolyse de l'ATP nous a permis de proposer un nouveau rôle régulateur pour cette activité enzymatique. Dans un deuxième temsp, l'étude de la nécessité de l'oligomérisation de RIG-I pour l'activation de la réponse IFN a été menée. Eva Kowalinski, en thèse dans l'équipe de Stephen Cusack, n'observe la formation de dimères de RIG-I, in vitro, qu'en présence d'un ARN synthétique possédant deux extrémités 5'-triphosphate. Nous avons complété cette observation avec des analyse montrant que des ARN synthéttiques leader incapables d'induire la dimérisation de RIG-I in viro, activent néanmoins ce récepteur in cellula. Par ailleurs, nim'utilisation de la technique de co-immunoprécipitation, ni celle du test de complémentation basé sur la luciférase Gaussia, avec ou sans activiation par un ARN ou une infection virale, n'ont permis d'observer d'oligomérisation de RIG-I. L'auto-association de RIG-I ne semble donc pas être indispensable pour son activation. / Vertebrate are permanently threatened by infections that they manage to counteract using a dedicated system. The innate immunity allows a rapid response against viral infection, mainly through the type I interferon (IFN) production. Dedicated receptors detect microbe-associated molecular patterns (MAMPs), and among them the RIG-likereceptors (RLRs), RIG-I, MDA5 and LGP2, can sense viral RNA into the cytoplasm. RLRs are compossed of two or three different domains : two N-terminal CARDs domains are resposible for signal transduction, a C-terminal domains is the first RNA binding site, and a central helicase domainis the second RNA binding site and possesses an ATP-dependent activity. RIG-I is important for sensing of several mononegavirales, such as rabies, measle and Ebola viruses, and recongnized 5'-triphosphorylated double stranded RNA. Despite intensive studies, a full and comprehensive model of the mechanismof RIG-I activation is still lacking. Our aim was to clarify the first molecular steps of RIG-I activation. First, Stephen Cusack's team elucidated the structure of the full lenght duck RIG-I protein and identified the principle of RIG-I auto-repressed conformation. In absence of ligand RNA, CARD2 domain interacts with Hel2i subdomain of helicase domain. We confirmed this conformation with functional evidence. Mutaions F540A/D, in Hel2i subdomain, inhibits CARD2:Hel2i interaction and renders RIG-I constitutively active. In contrast, the corresponding mutations in the Hel2i contacting site of CARD2 domain produce inactive mutants. Thus CARDS;Hel2i interactio induces an auto-repressed state through a deual masking of both Hel2i RNA binding site and CARD2 residus necessary for signal transduction. Moreover, study of mutants involved in ATP binding and hydrolysis reealed a portential unsuspected regulatory role for the ATP-dependent enzymatic activity of RIG-I. Second, we studied the necessity of RIG-I oligomerization for RIG-I activation. Eva Kowalinski, PhD student in Stephen Cusack's team, observed RIG-I dimers in vitro, only in presence of synthetic RNA with two 5'triphosphorylated ends. We complete this observation with functional assays showing that synthetic leader RNA incapable to induce RIG-I oligomerization in vitro, did activate RIG-I in cellula. Moreover, we did not observe RIG-I oligomerization using either co-immunoprecipitation or Gaussia Luciferase-based-protein complementation assay, after activation with cognate RNA or viral infection. Altogether our results indicate that the self-oligomerization og RIG-I is either dispensable or very transient for signal transduction.

Diverses études ont souligné le rôle prépondérant du dialogue entre les cellules NK et les cellules dendritiques au cours des réponses immunes. Cependant, les récepteurs impliqués dans ce processus restent incertains. Au cours de ce travail, nous nous sommes attachés à identifier les récepteurs mis en jeu lors de la reconnaissance virale à l’aide de modèles humains et murins. Pour cela, nous avons mimé l’infection virale en utilisant deux ARN bicaténaires synthétiques – poly(AU) et poly(IC) – et montré qu’ils sont tous deux capables d’activer TLR3 mais que seul poly(IC) engage les hélicases RIG-I et MDA5. Les deux ARN induisent l’activation des cellules NK au sein des PBMC humaines, mais seul poly(IC) induit la production d’IFN-gamma. Les DC myéloïdes (mDC) sont requises pour cette activation sans nécessité d’un contact cellulaire entre les cellules NK et les mDC. En outre, les IFN de type I et l’IL-12 secrétés par les DC sont respectivement nécessaires à l’initiation du potentiel lytique et à la production d’IFN-gamma. Poly(IC), au contraire de poly(AU), a une action synergique avec l’IL-12 produite par les mDC pour induire la production d’IFN-gamma en agissant directement sur les cellules NK. Enfin, l’activation conjointe de TLR3 et des hélicases RLR sur les mDC et RIG-I sur les cellules NK, nécessaire à la production d’IFN-gama en réponse à l’ARN bicaténaire, a été confirmée à l’aide de souris déficientes pour TLR3 et Cardif et d’un ligand spécifique de RIG-I. En conclusion, nous rapportons pour la première fois la nécessité pour un composé microbien d’engager deux familles de récepteurs sur deux populations cellulaires distinctes pour induire une réponse innée éfficace. / Crosstalk between NK cells and DC is critical for the response to the microbial mimic poly(IC) but the dsRNA receptors involved in each cell types remained to be defined. We show herein that two dsRNA, poly(AU) and poly(IC), similarly engaged TLR3 while only poly(IC) triggered the RIG-I and MDA-5 helicases. Both dsRNA triggered NK cell activation within PBMC but only poly(IC) induced IFN-gamma. mDC were required for NK cell activation by the two dsRNA, suggesting that they triggered at least TLR3 on mDC. DsRNA induction of cytolytic potential and IFN-gamma production in NK cells did not require contact with mDC but was dependent on the secretion of type I IFN and IL-12, respectively. Poly(IC) but not poly(AU) synergized with mDC-derived IL-12 for high IFN-gamma production by acting directly on NK cells. Finally, the requirement of TLR3 and the RLR on mDC and the involvement of the RIG-I but not TLR3 on NK cells for the production of IFN-gamma induced by dsRNA was confirmed using TLR3 and Cardif deficient mice and RIG-I specific activator. This cooperation was further confirmed using inactivated FLU virus infected-target cells both in human and mouse system demonstrating that NK cells were able to sense viral material by a direct transfer from infected cells likely through lytic immunological synapse without prior infection of NK cells. Thus, we report for the first time the requirement of cotriggering

The innate immune pathways that stimulate the expression of cytokines and proapoptotic factors in response to infection are triggered by the activation of the cytosolic receptors retinoic acid-inducible gene I (RIG-I) and melanoma differentiationassociated gene 5 (MDA5). Activation of both receptors occurs as a result of binding to RNA. MDA5 only recognizes double stranded forms of RNA, whereas RIG-I is capable of recognizing both single and double stranded RNA. In vivo, MDA5 is known to be stimulated by long (>1 kb) strands of RNA, forming filaments along the phosphate backbone. However, the manner in which MDA5 can recognize the terminal end of its RNA ligand is uncertain. I have examined the mechanism of binding of the MDA5 protein by comparing MDA5 binding to short (<18 bp) blunt RNA, 5’ triphosphate RNA, and RNA with a 3’ or 5’ overhang. It is shown that while the MDA5 protein regulatory domain (RD) is essential for RNA recognition, the MDA5 RD only weakly recognizes short double stranded RNA ligands with overhangs or a 5’ triphosphate group. The Cys951 residue was shown to disrupt stability of the MDA5 RD-RNA complex. Binding analyses were performed using a combination of SDS-PAGE, gel filtration analysis, and nondenaturing gel electrophoresis. In addition, structural data was gathered by crystallization of the MDA5 RD-RNA complex using X-ray crystallography. These results help to establish the manner in which MDA5 is regulated predominantly to the binding of long RNA ligands. Also included in this document is structural data on the dimer form of the PepQ protein from E. coli. PepQ is a highly conserved proline peptidase that has a secondary activity of hydrolyzing organophosphorus triesters, toxic compounds found in many pesticides. The PepQ protein was crystallized and analyzed by X-ray diffraction. The dimer interface was clearly defined within the structure and provides insight into how the active dimer forms from the PepQ monomer.

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