Rôle de la structure du génome viral sur la réplication du virus de l’hépatite C

Abstract

Le virus de l'hépatite C (VHC) touche 3% de la population mondiale et environ 30% des patients chroniquement infectés développeront une fibrose hépatique. Son génome est un ARN simple brin de polarité positive qui possède un cadre ouvert de lecture flanqué de deux régions non traduites hautement conservées. Différents facteurs peuvent influencer le cycle de réplication du VHC. Deux d’entre eux ont été étudiés dans cette thèse. Tout d'abord, nous nous sommes intéressés à l'effet des structures secondaires et tertiaires du génome sur la réplication du VHC. Les extrémités 5' et 3' du génome contiennent des structures ARN qui régulent la traduction et la réplication du VHC. Le 3'UTR est un élément structural très important pour la réplication virale. Cette région est constituée d’une région variable, d’une séquence poly(U/C) et d’un domaine hautement conservé appelé région X. Des études in vitro ont montré que le 3'UTR possède plusieurs structures ARN double brin. Cependant, les structures ARN telles qu'elles existent dans le 3'UTR dans un contexte de génome entier et dans des conditions biologiques étaient inconnues. Pour élucider cette question, nous avons développé une méthode in situ pour localiser les régions ARN simple brin et double brin dans le 3'UTR du génome du VHC. Comme prédit par les études antérieures, nous avons observé qu’in situ la région X du 3’UTR du génome présente des éléments ARN double brin. Étonnamment, lorsque la séquence poly (U/UC) est dans un contexte de génome entier, cette région forme une structure ARN double brin avec une séquence située en dehors du 3'UTR, suggérant une interaction ARN-ARN distale. Certaines études ont démontré que des structures ARN présentes aux extrémités 5’ et 3' du génome du VHC régulent à la fois la traduction et la réplication du VHC. Cela suggère qu'il y aurait une interaction entre les extrémités du génome qui permettrait de moduler ces deux processus. Dans ce contexte, nous avons démontré l'existence d'une interaction distale ARN-ARN, impliquant le domaine II du 5'UTR et la séquence codante de NS5B du génome du VHC. En outre, nous avons démontré que cette interaction joue un rôle dans la réplication de l'ARN viral. Parallèlement, nous avons étudié l'impact d'une molécule immuno-modulatrice sur la réplication du VHC. La fibrose hépatique est une manifestation majeure de l’infection par le VHC. Hors, il a été montré qu'une molécule immuno-modulatrice appelée thalidomide atténuait la fibrose chez les patients infectés par le VHC. Cependant, son impact sur la réplication virale était inconnu. Ainsi, nous avons étudié l'effet de cette molécule sur la réplication du VHC in vitro et nous avons démontré que la thalidomide active la réplication du virus en inhibant la voie de signalisation de NF-kB. Ces résultats soulignent l’importance de la voie de signalisation NF-kB dans le contrôle de la réplication du VHC, et sont à prendre en considération dans l’établissement d’un traitement contre la fibrose hépatique.

Hepatitis C virus (HCV) affects 3% of the world’s population, and it is estimated that 30% of chronically infected patients will develop liver fibrosis. The HCV genome is a single-strand positive sense RNA, encoding an open reading frame flanked by two highly-conserved untranslated regions (UTR). Several factors can influence the HCV life cycle, two of which have been studied in this thesis. First, we examined the effect of HCV RNA genome structures on its replication. The 5’ and 3’ ends of the HCV genome contain RNA structural motifs called cis-acting elements which regulate viral translation and replication. The HCV 3’UTR is very important for HCV replication. This region is a tripartite structure comprising a variable region, a poly(U/C) repeat and a highly-conserved sequence called X-tail. From in vitro data the 3'UTR is predicted to form several dsRNA hairpin structures. However, the state of intracellular structures as they exist in the 3'UTR of the complete HCV genome was unknown. To elucidate this question, we developed a method to localize single-strand and double-strand RNA elements in situ within the 3’UTR of the HCV genome. In conformity with prior predictions, in situ examination of the genomic HCV 3'UTR showed dsRNA elements in the X- tail. Surprisingly, when the poly(U/UC) repeat was presented as part of the whole HCV genome, this region formed a novel dsRNA structure with sequences located outside the 3'UTR. Prior studies have postulated that such RNA elements in the 5’ and 3’ ends of the HCV genome are involved in both HCV translation and replication. This suggests that there is cross-talk between the ends of the HCV genome to modulate these two processes. In this context, we have demonstrated the existence of a new long range RNA-RNA interaction, involving domain II of the 5’UTR and the NS5B coding sequence in the HCV genome. This distal RNA-RNA interaction between the ends of the HCV genome suggests that the HCV genome can circularize. Further, we showed that this association affects the replication of HCV RNA. In parallel, we studied the impact of an immunomodulatory drug on HCV replication. A major disease manifestation of chronic HCV infection is liver fibrosis. It had been shown that the immunomodulatory drug thalidomide could reduce fibrosis in HCV-infected patients. However, its impact on HCV replication was unknown. Therefore, we studied the effect of this drug on HCV replication in vitro and demonstrated that thalidomide enhances HCV replication by inhibiting NF-kB activity. These results highlight the importance of the NF-kB signaling pathway in controling HCV replication, and should be considered when evaluating treatment options for liver fibrosis.