Caractérisation de la fonction de la protéine cellulaire p80/UAF1 dans la réplication du génome du virus du papillome humain

Abstract

Le virus du papillome humain (VPH) est l’agent étiologique du cancer du col utérin, ainsi que d’autre néoplasies anogénitales et des voies aérodigestives supérieures. La réplication de son génome d’ADN double brin est assurée par les protéines virales E1 et E2, de concert avec la machinerie cellulaire de réplication. E1 assure le déroulement de l’ADN en aval de la fourche de réplication, grâce à son activité hélicase, et orchestre la duplication du génome viral. Nos travaux antérieurs ont démontré que le domaine N-terminal de E1 contient un motif de liaison à la protéine cellulaire p80/UAF1 qui est hautement conservé chez tous les VPH anogénitaux. L’intégrité de ce motif est essentielle au maintien de l’épisome viral. Les travaux présentés dans cette thèse ont d’abord déterminé que le motif de liaison à UAF1 n’est pas requis pour l’assemblage du pré-réplisome viral, mais important pour la réplication subséquente de l’ADN du VPH. Nous avons constaté qu’en présence de E1 et E2, UAF1 est relocalisé dans des foyers nucléaires typiques de sites de réplication du virus et qu’en outre, UAF1 s’associe physiquement à l’origine de réplication du VPH. Nous avons aussi déterminé que l’inhibition du recrutement de UAF1 par la surexpression d’un peptide dérivé de E1 (N40) contenant le motif de liaison à UAF1 réduit la réplication de l’ADN viral. Cette observation soutient le modèle selon lequel UAF1 est relocalisé par E1 au réplisome pour promouvoir la réplication de l’ADN viral. UAF1 est une protéine à domaine WD40 n’encodant aucune activité enzymatique et présumée exploiter des interactions protéine-protéine pour accomplir sa fonction. Nous avons donc investigué les protéines associées à UAF1 dans des cellules du col utérin et avons détecté des interactions avec les enzymes de déubiquitination USP1, USP12 et USP46, ainsi qu’avec la phosphatase PHLPP1. Nous avons établi que E1 forme un complexe ternaire avec UAF1 et n’importe laquelle des USP associés : USP1, USP12 ou USP46. Ces USP sont relocalisés au noyau par E1 et s’associent à l’ADN viral. De plus, l’activité enzymatique des USP est essentielle à la réplication optimale du génome viral. Au contraire, PHLPP1 ne forme pas de complexe avec E1, puisque leurs interactions respectives avec UAF1 sont mutuellement exclusives. PHLPP1 contient un peptide de liaison à UAF1 homologue à celui de E1. Ce peptide dérivé de PHLPP1 (P1) interagit avec le complexe UAF1-USP et, similairement au peptide N40, antagonise l’interaction E1-UAF1. Incidemment, la surexpression du peptide P1 inhibe la réplication de l’ADN viral. La génération de protéines chimériques entre P1 et des variants de E1 (E1Δ) défectifs pour l’interaction avec UAF1 restaure la capacité de E1Δ à interagir avec UAF1 et USP46, ainsi qu’à relocaliser UAF1 dans les foyers nucléaires contenant E1 et E2. Ce recrutement artificiel de UAF1 et des USP promeut la réplication de l’ADN viral, un phénotype dépendant de l’activité déubiquitinase du complexe. Globalement, nos travaux suggèrent que la protéine E1 du VPH interagit avec UAF1 afin de recruter au réplisome un complexe de déubiquitination dont l’activité est importante pour la réplication de l’ADN viral.

Human papillomaviruses (HPVs) are the etiological agents of cervical cancers, as well as multiple other anogenital and oropharyngeal neoplesias. The viral proteins E1 and E2, in concert with the host DNA replication machinery, mediate the replication of the double-stranded DNA genome of HPV. E1 exploits its helicase activity to unwind DNA ahead of the replication fork and orchestrates synthesis of the viral genome. Our previous work demonstrated that E1 contains in its N-terminus a binding motif for the host protein p80/UAF1, a domain that is highly conserved amongst anogenital HPVs. The integrity of this region was essential for the maintenance of the viral episome. The research presented here first demonstrated that the UAF1-binding motif is not required for the assembly of the E1-E2-Origin pre-replisome, but important for the following viral DNA replication. We have determined that UAF1 is relocalized, in presence of E1 and E2, in nuclear foci reminiscent of viral DNA synthesis sites. UAF1 also physically interacted, through E1-binding, with the viral origin of replication. Moreover, we have shown that inhibition of E1-UAF1 interaction through the overexpression of an E1-derived and UAF1-binding peptide, N40, interferes with HPV DNA replication. This is in agreement with the model according to which E1 recruits UAF1 to the replisome to promote viral DNA replication. UAF1 is a WD40-containing protein with no enzymatic activity and presumed to function through interactions with other cellular factors. We have investigated the UAF1 interaction network in cervical cells and discovered that UAF1 associates with the deubiquitinating enzymes USP1, USP12 and USP46, as well as with the phosphatase PHLPP1. E1 was found to assemble as a ternary complex with UAF1 and any of the associated USPs: USP1, USP12 or USP46. These USPs were also relocalized by E1 to the nucleus and they associated with the viral origin in presence of E2. Moreover, their enzymatic function was essential for optimal viral genome replication. In contrast, PHLPP1 did not associate with E1, and the interactions of the latter proteins with UAF1 were shown to be mutually exclusive. PHLPP1 contains a UAF1-binding motif homologous to the one encoded within E1. This PHLPP1-derived peptide, P1, interacts with the UAF1-USP complex and, similarly to N40, competes with E1-UAF1 interaction. Accordingly, P1 overexpression leads to inhibition of HPV DNA replication. The fusion of the peptide P1 to an E1 protein (E1Δ) defective for UAF1-binding restored its capacity to interact with UAF1 and USP46, as well as to relocalize UAF1 into E1-E2-containing nuclear foci. This artificial recruitment of UAF1 and of the associated USPs increased viral DNA replication, a process that involved the enzymatic activity of the USPs. Collectively, our work suggests that HPV E1 interacts with UAF1 in order to recruit to the replisome a deubiquitinating complex whose activity is required for optimal viral DNA replication.