Analyse structurale et fonctionnelle de la réplication et de la transcription des Bunyavirus

L’ordre des Bunyavirales constitue un ordre vaste et diversifié de plus de 500 virus à ARN à simple brin négatif segmenté, contenant plusieurs virus émergents et/ou hautement pathogènes pour l'homme. Au sein de cet ordre, la famille des Hantaviridae contient le virus Hantaan (HTNV) qui entraîne des fièvres hémorragiques avec syndrome rénal, ainsi que le virus de Sin Nombre (SNV) qui cause des syndromes pulmonaires graves. Ces maladies sont reliées à des taux de mortalité importants, respectivement 15 % et 50 %. Une seconde famille, celle des Peribunyaviridae, contient des virus entraînant des cas d’encéphalites chez les enfants. C’est notamment le cas du virus de La Crosse (LACV). Aucun vaccin ni médicament n'est actuellement approuvé par les autorités de santé pour les contrer.L’objectif de cette thèse est d’étudier ces virus et plus précisément leur ARN polymérase dépendante de l’ARN, qui est une large protéine multi-fonctionnelle de 250kDa. Cette protéine, aussi appelée L, joue un rôle clé dans la réplication et la transcription du génome viral. Les expériences réalisées se sont principalement focalisées sur la polymérase du virus Hantaan (HTNV-L). Des expériences complémentaires ont également été réalisées sur SNV-L et LACV-L.J’ai utilisé la cryo-microscopie électronique (cryo-ME) comme méthode principale pour déterminer la structure d’HTNV-L. Les premières structures partielles d’HTNV-L ont révélé que la structure apo de HTNV-L adopte une conformation inactive avec une configuration α-hélicoïdale inédite du motif catalytique E. L'analyse structurale de la protéine en présence de l'extrémité 5' de l'ARN viral (vRNA) a montré que la liaison de ce dernier entraîne une cascade de modifications impliquant notamment la réorganisation complète du motif catalytique E en une configuration en β-feuillet canonique, ce qui conduit à des changements conformationnels drastiques dans le site actif. La liaison de l'extrémité 5' de l'ARN viral à HTNV-L est également nécessaire pour le recrutement de l'extrémité 3' de l'ARN viral vers le site actif de la polymérase pour l'initiation de la réplication. Les tests d'activité couplés aux structures cryo-ME d’HTNV-L et LACV-L révèlent les mécanismes impliqués dans les différentes étapes de la réplication du génome, notamment son initiation qui utilise un mécanisme d’amorçage et réalignement. Les structures bloquées à l'élongation de la réplication révèlent ensuite la formation d'un double brin d’ARN matrice/produit dans la cavité du site actif, couplée à des changements conformationnels d’HTNV-L.Dans un second temps, le traitement des images par cryo-ME d’HTNV-L apo a également dévoilé les structures haute résolution d’HTNV-L en trois oligomères différents : des monomères, des dimères symétriques et des hexamères symétriques composés de trimères de dimères. La formation de multimères implique des mouvements drastiques des protomères, montrant la capacité de changement conformationnel d’HTNV-L. Ces oligomères ont été l’opportunité d’observer et de résoudre la structure de chacun des domaines d’HTNV-L, y compris les plus flexibles, révélant enfin la structure complète de cette enzyme essentielle.Ensemble, ces éléments révèlent (i) la capacité de multimérisation d’HTNV-L dans sa forme apo inactive, qui correspond probablement à un système de stockage stabilisant et protecteur pour la protéine, (ii) l'activation de la polymérase déclenchée par la liaison de l'ARN viral et (iii) les mécanismes moléculaires complexes sous-jacents à la réplication du génome. Globalement, ces résultats améliorent considérablement la compréhension des mécanismes impliqués dans la réplication du génome des Bunyavirus et fournissent une base solide pour le développement futur d'antiviraux contre ce groupe de pathogènes émergents.