Soutenance de thèse de KARPOV Andrei
Titre de thèse
Faire jouer la machinerie du virus du chikungunya à l'unisson : nsP3 – le chef d'orchestre de l'infection à l'alphavirus
Making the Chikungunya virus orchestra play in unison: nsP3 – the conductor of alphavirus infection
Résumé de la thèse
Le virus du chikungunya (CHIKV) est un virus émergent qui infecte chaque année des milliers de personnes, provoquant des arthrites sévères et, dans certains cas, la mort. Transmis par les moustiques, le CHIKV s'étend à de nouvelles régions susceptibles d'être infectées, notamment le sud de l'Europe. Bien qu'un premier vaccin soit apparu en 2023, aucun traitement antiviral n'est encore disponible, ce qui souligne la nécessité de mieux comprendre les mécanismes de réplication virale. Les protéines non structurales du CHIKV (nsPs), qui forment le complexe de réplication viral (vRC) nécessaire à la synthèse de l'ARN viral, représentent des cibles prometteuses pour le développement de thérapies. Parmi ces protéines, nsP3 joue un rôle clé mais encore mal compris. Dans ce travail, nous montrons que nsP3, en dehors du vRC, s'oligomérise en structures hélicoïdales (HSs) qui, organisées selon un motif en nid d'abeille, constituent les foci cytoplasmiques. Nous décrivons ensuite les mécanismes de cette oligomérisation et identifions les acides aminés essentiels à ce processus. Notre analyse approfondie de la structure hélicoïdale révèle une grande flexibilité conformationnelle, permettant à nsP3 de former plusieurs groupes de HSs. Nous montrons que les mutations P247A-V249A et K302A-V303A diminuent la production d'ARN viral tout en modifiant l'assemblage hélicoïdal de nsP3. Afin d'expliquer les mécanismes sous-jacents, nous développons un modèle mathématique basé sur la géométrie des complexes hélicoïdaux. Nous étudions ensuite les interactions de nsP3 avec des protéines humaines dans le contexte de cet assemblage, en mettant en évidence les effets opposés des protéines BIN1 et G3BP1 sur la formation des HSs. Dans l'ensemble, ce travail apporte des informations structurales sur le rôle de nsP3 dans le cycle de vie du CHIKV et ouvre de nouvelles perspectives pour le développement de thérapies antivirales.
Thesis resume
Chikungunya virus (CHIKV) is an emergent virus infecting thousands of people yearly, causing severe arthritis and, in some cases, death. Transmitted by mosquitoes, CHIKV is expanding into new regions susceptible to infection, including South of Europe. Although the first vaccine appeared in 2023, antiviral treatment remains lacking, underscoring the need to understand viral replication mechanisms. The CHIKV non-structural proteins (nsPs), which form the viral replication complex (vRC), needed for viral RNA synthesis, represent promising targets for therapeutic development. Among these proteins, nsP3 plays a key but poorly understood role. In this work, we show that nsP3, outside of vRC, oligomerises into helical scaffolds (HSs), which, arranged in the honeycomb pattern, comprise the cytoplasmic foci. We then describe how the oligomerisation is happening and identify which amino acids are crucial for this process. Our in-depth analysis of helical structure reveals high conformational flexibility, allowing nsP3 to form several Groups of HSs. We show that P247A-V249A and K302A-V303A mutations decrease viral RNA production and, at the same time, change the helical assembly of nsP3. To explain the mechanism of how this is happening, we develop a mathematical model based on the geometry of helical complexes. We then study nsP3 interaction with human proteins in the context of helical assembly, demonstrating opposite effects of BIN1 and G3BP1 proteins on HS formation. Altogether, this research gives structural details on the nsP3 role in the CHIKV life-cycle and opens new perspectives to the development of antiviral therapy.