Hijacking de l'hélicase UPF1 : entre inhibition des fonctions anti-virales et fonctions pro-virales

Résumé de la thèse

De par son rôle central dans plusieurs voies de dégradation de l’ARN, l'hélicase UPF1 (UP-Frameshift 1) est associée à différents processus cellulaires contrôlant la stabilité de l’ARN, tels que le Nonsense Mediated Decay (NMD). Parmi les fonctions associées au NMD, celle de « barrière antivirale » est désormais clairement reconnue : plusieurs ARN viraux sont démontrés comme pouvant être ciblés par le NMD ; en réponse, ces virus ont également développé des mécanismes d'échappement. C’est le cas du rétrovirus humain HTLV-1 (Human T-Lymphotropic Virus 1), dont la protéine virale Rex inhibe le NMD. Rex est essentiellement décrite comme un acteur de l’export cytoplasmique des ARN viraux non épissés via l’exportine CRM1/XPO-1 (Chromosome Region Maintenance 1 / Exportin-1). Dans ce contexte d'hijacking de CRM1, nous démontrons que l’interaction CRM1-UPF1 est stabilisé, notamment dans le compartiment nucléaire. Cette stabilisation associé à  une inhibition d'un NMD visualisé grâce à des mesures de stabilité de l’ARN et des immunoprécipitations d'UPF1. De plus dans le noyau, l'hélicase UPF1 est chargé sur la mRNP virale afin de supporter plusieurs étapes du cycles viral. En effet, la protéine est requise pour l'étape de l'export de l'ARN, l'encapsidation de l'ARN viral et la production de particules virales matures et infectieuse. Ces résultats suggèrent également que Rex et CRM1 pourraient avoir un rôle crucial dans la formation de la mRNP virale. 

Des études sur un autre virus à ARN, le SARS-CoV-2 ont également permis de démontrer que le fonctionnement de l'hélicase est activement ciblé par la protéine de nucléocapside, Np. En effet, la Np inhibe ses fonctions antivirale en (i) inhibant ses fonctions enzymatique  sur son substrat et (ii) en séquestrant les co-facteurs d'UPF1 pour inhiber la formation du complexe antivirale. UPF1 est également hijacké pour supporter le cycle viral mais les mécanismes restent à déterminer.

L’ensemble de ces résultats illustre comment deux virus à ARN détourne UPF1 pour inhiber ses fonctions antivirale (via séquestration notamment) et pour supporter le cycle virale. Ces données ouvrent également une question plus large : celle d’une éventuelle contribution de la dérégulation de l’export par CRM1 dans l'infection virale.

Hijacking of UPF1 helicase : between antiviral inhibition and provirals functions.

Due to its central role in several RNA degradation pathways, the UPF1 (UP-Frameshift 1) helicase is associated with various cellular processes that control RNA stability, such as Nonsense Mediated Decay (NMD). Among the functions associated with NMD, its role as an “antiviral barrier” is now clearly recognized: several viral RNAs have been shown to be targeted by NMD; in response, these viruses have also developed escape mechanisms. This is the case for the human retrovirus HTLV-1 (Human T-Lymphotropic Virus 1), whose viral protein Rex inhibits NMD. Rex is essentially described as a player in the cytoplasmic export of unspliced viral RNAs via the exportin CRM1/XPO-1 (Chromosome Region Maintenance 1 / Exportin-1). In this context of CRM1 hijacking, we demonstrate that the CRM1-UPF1 interaction is stabilized, particularly in the nuclear compartment. This stabilization is associated with NMD inhibition, as visualized by RNA stability measurements and UPF1 immunoprecipitations. Furthermore, in the nucleus, the UPF1 helicase is loaded onto the viral mRNP to support several stages of the viral cycle. Indeed, the protein is required for RNA export, viral RNA encapsidation, and the production of mature and infectious viral particles.

These results also suggest that Rex and CRM1 may play a crucial role in the formation of viral mRNP. Studies on another RNA virus, SARS-CoV-2, have also shown that helicase function is actively targeted by the nucleocapsid protein, Np. Indeed, Np inhibits its antiviral functions by (i) inhibiting its enzymatic functions  on its substrate and (ii) sequestering UPF1 cofactors to inhibit the formation of the antiviral complex. UPF1 is also hijacked to support the viral cycle, but the mechanisms remain to be determined.

Taken together, these results illustrate how two RNA viruses hijack UPF1 to inhibit its antiviral functions (notably via sequestration) and to support the viral cycle. These data also raise a broader question: that of a possible contribution of CRM1-mediated export deregulation to viral infection.