Comparaison fonctionnelle des variants de l'oncoprotéine virale Tax issus de génotypes endémiques négligés d'HTLV-1 par approche multi-omique

Résumé de la thèse

Le génotype viral est un facteur connu pour influencer le risque d’oncogenèse dans le cas de certains virus oncogènes humains, notamment les papillomavirus, mais aucune étude similaire n’a été réalisée sur le virus humain de la leucémie T de l’adulte de type 1 (HTLV-1). HTLV-1 est un deltaretrovirus et le seul rétrovirus oncogène humain connu. L’infection par HTLV-1 peut conduire au développement de manifestations hématologiques, la leucémie T de l’adulte (ATL), ou de maladies inflammatoires, la myélopathie associée à HTLV-1 (HAM/TSP) ou les bronchopneumopathies associées à HTLV-1 (HAB). L’oncoprotéine virale Tax joue un rôle central dans la reprogrammation cellulaire et l’acquisition du phénotype transformé en modulant l’activation de voies de signalisation, notamment la voie NF-kB, le contrôle du cycle cellulaire ou la différenciation des lymphocytes T. Ces données moléculaires ont été obtenues sur le génotype HTLV-1a mais n'ont pas à l'heure actuelle été transposées aux génotypes HTLV-1b endémique de l’Afrique centrale et HTLV-1c endémique de l’archipel australo-mélanésien. Pourtant, les données épidémiologiques montrent que les manifestations cliniques associées à ces variants endémiques différent nettement de celles induites par le génotype HTLV-1a. En particulier, la physiopathologie associée à l'infection par le génotype HTLV-1c apparait plus inflammatoire et moins oncogène que celle du variant HTLV-1a. Dans ce travail, nous avons réalisé une comparaison fonctionnelle de variants de Tax1 issus des différents génotypes cités et exprimés en lymphocytes T. Afin de caractériser la reprogrammation des lymphocytes par les variants de Tax1, nous avons combiné des analyses de multi-omique en croisant les données d’interactions de Tax1 avec les protéines cellulaires par interactomique de proximité par biotinylation, les données d’activation des voies de signalisation cellulaire obtenues par kinomique et la signature transcriptionnelle induite par ces variants via transcriptomique. Nous avons combiné ces analyses à une étude à haut débit de la localisation subcellulaire de Tax1 par cytométrie d’image et des analyses fonctionnelles visant à comparer l’influence de l’expression des variants sur le contrôle du cycle cellulaire et la transformation des cellules exprimant Tax1. 

Nos données ont montré que les variants Tax1c ont des localisations différentes et notamment ne s’associent pas à l’appareil de Golgi, modifiant considérablement leur paysage d’interactions avec les protéines cellulaires. Malgré un corps de fonctions communes, les variants Tax1c suractivent les voies de signalisation TCR et d’activation des lymphocytes T. Les variants Tax1c activent des ensembles de gènes cibles spécifiques, en cohérence avec leur interaction spécifique avec des modulateurs cellulaires. Dans l’ensemble nos données montrent une induction d’un contexte et d’une reprogrammation inflammatoire très marqués qui coïncide avec un potentiel transformant amoindri de ces deux variants. A l’opposé, le variant Tax1b montre une localisation golgienne intense. La nature de la signature transcriptionnelle induite par le variant africain est très similaire à celle induite par notre référence Tax1a mais avec une ampleur accrue. Tax1b dérégule spécifiquement des kinases impliquées dans le cycle cellulaire, en cohérence avec l’observation d’une accumulation très forte en G2 des cellules exprimant ce variant et un potentiel transformant au moins aussi important que pour le variant Tax1a. 

Ces données ont permis de montrer que les différents variants de la protéine Tax1 induisent des reprogrammations cellulaires spécifiques. Cela pourrait participer, en partie au moins, aux différences de physiopathologies observées entre les génotypes. Ces différences soulignent l’importance d’inclure et de prendre en considération les variants endémiques d’HTLV-1, négligés jusqu'à présent. 

Functional comparison of the viral oncoprotein Tax from HTLV-1 endemic genotypes using a multi-omics approach

While the impact of viral genotype on oncogenic risk has been well established for some human oncoviruses, including papillomavirus, it is still unexplored for Human T-cell Leukaemia Virus type 1 (HTLV-1), the only known oncogenic human retrovirus. Infection by HTLV-1 can lead to severe haematological diseases such as Adult T-cell Leukaemia (ATL) or inflammatory diseases such as HTLV-1-associated myelopathy (HAM/TSP) and bronchopneumonopathy (HAB). The viral oncoprotein Tax plays a central role in cell reprogramming and transformation by modulating signalling pathways including NF-kB, cell cycle control, or T-cell differentiation. While molecular data were mainly acquired on HTLV-1a genotype, they have not been investigated so far for other neglected endemic genotypes including the African genotype HTLV-1b and the australo-melanesian genotype HTLV-1c, despite HTLV-1c-associated physiopathology being described as less oncogenic but more inflammatory. Our work provides a functional comparison of T cells expressing Tax1 variants from different genotypes by combining multi-omics analysis including (i) quantitative proximity-biotinylation interactomics to describe the protein-protein interaction network of Tax variants; (ii) kinomics to identify signalling cascades modulated by Tax variants; and (iii) transcriptomics to characterise the transcriptional signature induced by the variants. We combined these analyses with ImageStream X cyto-microscopy to quantitatively compare the subcellular localisation of specific Tax variants and functional assays to assess the influence of Tax1 variants on cell control and cell transformation capacity. 

Our data shows that Tax1c localized differently in T cells and especially does not accumulate to the Golgi, which impact its interaction landscape. Despite a common core function, Tax1c over-activated TCR signalling and T cell activation, leading to the expression of pro-inflammatory target genes. Altogether, we showed a strong induced pro-inflammatory context and differentiation consistent with a reduced transforming capacity of Tax1c variants. Oppositely, Tax1b is highly accumulated at the Golgi. Tax-1b-induced transcriptional signature is qualitatively similar to Tax1a but displays a higher magnitude. Tax1b deregulates cell cycle kinases, which can explain the specific modulation of cell cycle and the high transformation capacity of the African variant. 

Our data provides strong evidence of Tax1 variant-specific differences in T cell reprogramming. These differences are consistent with the observed physiopathologies and could partially contribute to the different oncogenic risk observed. These differences also raise the need to consider neglected genotypes circulating among isolated populations when studying HTLV-1.