Structural studies of host-virus interactions looking at two examples: the innate immunity receptor RIG-I and the influenza virus RNA polymerase endonuclease
Études structurales des interactions virus-hôte à travers deux exemples : le récepteur du système immunitaire inne RIG-I et le domaine endonucléase de l'ARN polymérase du virus de la grippe
Résumé
The first line of defense against invading pathogens in the human body is the innate im- mune system. Astonishingly, with only a handful of different pathogen recognition recep- tors (around 50), the innate immune system is able to detect a remarkably broad variety of pathogen specific molecules to trigger protective pathways and to activate the adaptive immune system. In the case of intruding viruses, two families of pattern recognition re- ceptors (PRRs) are active: retinoic acid-inducible gene I (RIG-I)-like receptors (RLRs) and Toll-like receptors (TLRs). The family of RIG-I like receptors includes the proteins RIG-I, MDA5 and LGP2, which recognize viral RNA in the cytosol. In the first part of this thesis, aspects of the RIG-I pathway are discussed: With which RNA does RIG-I interact and how? Does the oligomeric state of RIG-I change upon RNA binding in or- der to trigger signaling? How is RIG-I regulated by ubiquitin and its E3 ubiquitin ligase TRIM25? The structure of the PRYSPRY domain of TRIM25, its putative RIG-I binding domain, will be presented. Furthermore, preliminary work on the second receptor MDA5 in complex with parainfluenza virus V, which inhibits the MDA5 pathway, protein will be shown. One of the activators of the receptor RIG-I is the RNA of influenza virus. Influenza viruses belong to the family of Orthomyxoviridae that affect birds and mammals and spread in seasonal epidemics. In pandemic years, this can result in up to millions of deaths worldwide, underlining the need for research on efficient novel anti-viral drugs. In the second part of the thesis (appended as an article manuscript), the A/California/04/2009- H1N1 "swine flu" influenza RNA polymerase will be investigated as a novel antiviral drug target. Crystal structures of the endonuclease domain (PA-Nter) of the polymerase with four different inhibitors are presented. Moreover, the atomic structures of H1N1 PA-Nter with rUMP and dTMP, elements of the nucleic acid substrate, in the active site are discussed. These high resolution structures will serve as a basis for structure based inhibitor optimization.
Le système immunitaire inné constitue la première barrière de défense du corps humain contre les agents infectieux. Constitue d'une poignée de récepteurs seulement (approximativement 50), ce système est capable de détecter la plupart des agents pathogènes et d'activer le système immunitaire adaptatif. Dans le cas d'une infection virale, deux classes de récepteurs sont mobilisées : les RLRs (Retinoic acid Like Récepteurs) et les TLRs (Toll Like Receptors). La famille des RLRs comprend notamment trois protéines, RIG-I, MDA-5 et LGP2, qui reconnaissent la présence d'ARN viral dans le cytosol. Dans la première partie de cette thèse, nous discuterons de la voie d'activation de RIG-I : avec quels type d'ARN et de quelle manière RIG-I interagit-il ? L'etat d'oligomerisation de RIG-I change-t-il lors de l'interaction avec l'ARN ? De quelle manière RIG-I est-il influence par l'ubiquitine et sa ligase E3, TRIM25 ? Nous présenterons egalement la structure du domaine PRYSPRY de TRIM25, domaine minimum nécessaire à l'interaction avec RIG-I. Nous d'écrirons également les travaux préliminaires obtenus sur un complexe constitue de MDA5 et une molecule d'inhibition virale. L'ARN des virus de la grippe est un des activateurs du récepteur RIG-I. Les virus de la grippe appartiennent 'a la famille des Orthomyxoviridae qui touche les mammifères et les aves créant des épidémies saisonnières. Ces dernières peuvent causer jusqu'à plusieurs millions de morts lors de pandémies, soulignant le besoin de trouver de nouvelles solutions thérapeutiques. Dans la seconde partie de ma thèse, nous nous intéresserons à l'activité endonucléase de l'ARN polymérase du virus A/California/04/2009-H1N1 de la grippe porcine comme une cible pour de nouvelles molécules antivirales. Les structures de quatre inhibiteurs en complexe avec ce domaine seront présentés. Nous présenterons également la structure de PA-Nter avec les substrats rUMP et dTMP co-cristallisés dans le site actif. Toutes ces structures atomiques forment une base pour l'optimisation et la synthèse d'inhibiteurs.
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