Réplication et transcription du génome des bunyavirus

L’ordre viral Bunyavirales contient 450 virus regroupés en 12 familles. Parmi eux se trouvent plusieurs pathogènes comme le virus Hantaan qui provoque des fièvres hémorragiques chez l’homme ou le virus La Crosse qui provoque des encéphalites chez les nouveaux-nés et les jeunes enfants. Notre objectif est d’observer et de comprendre comment les composants de ces virus fonctionnent au niveau moléculaire.

Organisation des Bunyavirus

Ceci est intéressant à plus d’un titre : nous pouvons visualiser grâce à la cryo-microscopie électronique des machineries présentes dans ces virus à une résolution quasi-atomique et ainsi comprendre avec des détails très fins leur mode d’action. Ceci peut également être important pour, à l’avenir, définir des anti-viraux bloquant certaines étapes essentielles du cycle viral.

Nous focalisons notre intérêt sur deux étapes clés du cycle viral : la réplication du génome à ARN de ces virus, qui permet de copier le matériel génétique, et la transcription, qui permet de fabriquer des ARN messagers qui seront traduits en protéines virales. Les protéines et ARN néo-synthétisés seront essentiels pour la formation de nouveaux virions.

Réplication et transcription chez les Bunyavirus

La polymérase virale est l’enzyme principale en charge de la réplication et de la transcription. Véritable machine multifonction, cette large protéine (250kDa) modifie son organisation pour réussir à réaliser toutes ses fonctions. Nous l’exprimons, la purifions, en caractérisons l’activité et cherchons à capturer sa structure dans différentes conformations afin de reconstituer un film moléculaire de son activité.

Film moléculaire de la structure de la polymérase du virus La Crosse pendant la réplication

Le substrat de la polymérase est l’ARN qui est recouvert par des nucléoprotéines. L’assemblage ainsi formé, appelé nucléocapside, est également notre sujet d’étude. Nous cherchons à comprendre comment les nucléoprotéines protègent l’ARN de l’environnement tout en permettant l’accès de la polymérase pour la réplication et la transcription du génome.

Structure de la nucléocapside du virus Hantaan

A l’avenir nous chercherons à comprendre au niveau moléculaire comment les trois acteurs, polymérase, ARN et nucléoprotéines interagissent entre eux pour former le complexe ribonucléoprotéique (RNP) et ainsi réaliser de façon coordonnée la réplication et la transcription. Nous analyserons également les interactions de ces partenaires avec des protéines de la cellule infectée.
Au point de vue des méthodes nous utilisons : la biochimie pour purifier et mesurer l’activité de nos protéines ainsi que la cryo-microscopie électronique de particules isolées pour en déterminer les structures. A l’avenir nous couplerons ceci avec de la cryo-tomographie électronique. Nous utilisons pour cela les cryo-microscopes de la plateforme maintenus par le groupe ainsi que le Titan Krios présent à l’ESRF.

Publications principales  :
1. Arragain B, Durieux Trouilleton Q Baudin F, Provaznik J, Azevedo N, Cusack S*, Schoehn G, Malet H* Nature Communications, 2022 Feb 16 ;13(1):902. Structural snapshots of La Crosse virus polymerase reveal the mechanisms underlying Peribunyaviridae replication and transcription.
2. Arragain B, Effantin G, Gerlach P, Reguera J, Schoehn G, Cusack S*, Malet H*. Nature Communications. 2020 Jul 17 ;11(1):3590. Pre-initiation and elongation structures of full-length La Crosse virus polymerase reveal functionally important conformational changes.
3. Arragain B, Reguera J, Desfosses A, Gutsche I, Schoehn G*, Malet H*. eLife 2019 ;8:e43075 High resolution cryo-EM structure of the helical RNA-bound Hantaan virus nucleocapsid reveals its assembly mechanisms.