Le développement d'une réponse antivirale contre les virus, incluant le virus de l'immunodéficience humaine (VIH), le virus de la grippe, le virus respiratoire syncytial (VRS) ou le SARS-CoV-2, repose sur l'activation d'adaptateurs intracellulaires qui conduisent à la production d'interférons et de cytokines proinflammatoires. Une activation correctement équilibrée de ces voies permet à la cellule de monter un état antiviral, essentiel pour restreindre la réplication et la propagation du virus. Les acides nucléiques viraux à base d'ADN, présents à l’intérieur de la cellule, peuvent être reconnus par la GMP-AMP Synthase cyclique (cGAS), qui transduit ensuite le signal via l'adaptateur Stimulateur des gènes d'interféron (STING). D'autre part, les acides nucléiques viraux à ARN sont reconnus par les récepteurs de type RIG-I (RLR), qui interagissent ensuite avec l'adaptateur de signalisation antivirale mitochondrial (MAVS). STING et MAVS sont des protéines pivots de signalisation localisées dans des compartiments membranaires, régulées par plusieurs modifications post-traductionnelles (PTM) et, lors de l'activation, elles subissent des événements de polymérisation allant jusqu'à la formation d'agrégats fonctionnels.
Des données soutiennent un rôle des espèces réactives de l'oxygène (ROS) dans la régulation des voies dépendantes de STING et MAVS, mais les mécanismes restent mal définis. Les ROS sont connus pour modifier la structure et l'activité des protéines de signalisation via des PTMs oxydatives réversibles sur des cystéines (Cys ox-PTM). Les Cys ox-PTM réversibles consistent en une variété de modifications, les plus étudiées étant la S-sulfénylation (Cys-SOH), la S-glutathionylation (Cys-SSG) et le disulfure (S-S). Afin d’identifier les Cys ox-PTM qui affectent les protéines de signalisation impliquées dans la réponse antivirale, nous avons effectué une identification à l'échelle du protéome des Cys ox-PTM induites par les ROS en utilisant un marquage bioswitch à base de maléimide couplé à la spectrométrie de masse. Nous avons identifié 2720 sites Cys ox-PTM uniques englobant 1473 protéines avec une abondance, localisation et fonctions distinctes. Parmi ceux-ci, nous avons découvert l'oxydation de STING sur la Cys148 et Cys206. Cette dernière étant inductible par le stress oxydatif ou par le ligand naturel 2'3'-cGAMP et joue un rôle inhibiteur pour empêcher l'hyperactivation de STING par la formation de polymères inactifs contenant des liaisons intermoléculaires S-S. En outre, nous avons observé que MAVS était également capable de former des polymères intermoléculaires contenant des S-S en réponse à une infection par des virus à ARN, et que l'ancrage de la protéine à la membrane était essentiel pour la formation de ces polymères. Le couplage du marquage par bioswitch à base de maléimide à l'analyse par immunoblot a confirmé que MAVS était oxydé pendant une infection avec un virus à ARN. Nous avons également constaté que des Cys situées dans des positions clés pour la formation de polymères de MAVS actifs étaient essentielles pour transduire la signalisation en aval et finalement activer le promoteur IFNβ en réponse à l'infection virale.
Nos études établissent un mécanisme direct par lequel les ROS contrôlent la réponse immunitaire innée cGAS/STING et RLRs/MAVS-dépendante. Ils offrent un nouveau terrain pour la conception de thérapies ciblant des adaptateurs pertinents pour les infections virales, telles que la vaccination, mais aussi pour les troubles auto-immuns et inflammatoires. / The development of an antiviral response against viruses, including Human Immunodeficiency Virus (HIV), influenza, Respiratory Syncytial Virus (RSV) or SARS-CoV-2, relies on the activation of intracellular adaptors that ultimately lead to the production of interferons and proinflammatory cytokines. Properly balanced activation of these pathways allows the cell to mount an antiviral state, essential to restrict virus replication and spreading. Intracellular DNA viral nucleic acids can be recognized by the cyclic GMP-AMP Synthase (cGAS), which then transduces the signal through the Stimulator of Interferon Genes (STING) adaptor. On the other hand, RNA viral nucleic acids are recognized by the RIG-I-like Receptors (RLRs), which then interact with the Mitochondrial Antiviral Signaling (MAVS) adaptor. STING and MAVS are signaling hub proteins localized in membranous compartments, regulated by several posttranslational modifications (PTMs) and, upon activation, they undergo polymerization events going as far as the formation of functional aggregates.
Compelling evidence supports a role of reactive oxygen species (ROS) in the regulation of STING and MAVS-dependent pathways, but the mechanisms remain ill-defined. ROS are known to modify signaling protein structure and activity through reversible oxidative PTM of Cysteines (Cys ox-PTM). Reversible Cys ox-PTMs consist of a variety of modifications, the most widely studied being S-sulfenylation (Cys-SOH), S-glutathionylation (Cys-SSG) and disulfide (S-S). To unveil the Cys ox-PTMs that affect signaling proteins involved in the antiviral response, we performed a proteome wide identification of the Cys ox-PTMs induced by ROS using maleimide-based bioswitch labeling coupled to mass spectrometry. We identified 2720 unique Cys ox-PTM sites encompassing 1473 proteins with distinct abundance, location, and functions. Among these, we uncovered the oxidation of STING at Cys148 and Cys206. The latter was inducible by oxidative stress or by the natural ligand 2’3’-cGAMP and plays an inhibitory role to prevent STING hyperactivation through the formation of inactive polymers containing intermolecular S-S bonds. Further, we observed that MAVS was also able to form intermolecular S-S containing polymers in response to RNA virus infection, and that the anchoring of the protein to the membrane was essential for these polymers to form. Maleimide-based bioswitch labeling couple to immunoblot analysis confirmed that MAVS was oxidized during RNA virus infection. We also found that Cys located in positions key for the formation of active polymers were essential for MAVS to transduce downstream signaling and ultimately activate IFNβ promoter in response to virus infection.
Our studies establish a direct mechanism by which ROS control the cGAS/STING and the RLRs/MAVS-dependent innate immune response. They provide new ground for the design of therapies targeting adaptors relevant to viral infections, such as vaccination, but also to autoimmune and inflammatory disorders.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:umontreal.ca/oai:papyrus.bib.umontreal.ca:1866/28686 |
| Date | 11 1900 |
| Creators | Zamorano, Natalia |
| Contributors | Grandvaux, Nathalie |
| Source Sets | Université de Montréal |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | thesis, thèse |
| Format | application/pdf |
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