Molecular mechanisms governing the selective encapsidation of HIV-1 genomic RNA

La sélection de l’ARNg des rétrovirus repose sur des interactions entre le domaine nucléocapside (NC) du précurseur Gag et des régions de l’ARN viral appelées ψ (ou Psi) localisées dans la région 5’ non traduite (5’-UTR) de l’ARNg et/ou dans le début du gène gag.Malgré des nombreuses études, les mécanismes moléculaires gouvernant l’incorporation de l’ARNg dans les particules virales en cours d’assemblage sont encore mal compris. La protéine Gag est notoirement sensible à la protéolyse et la plupart des études ont été menées avec une Gag dépourvue du domaine p6 (GagΔp6) qui ne reflètepas correctement les propriétés de fixation de la protéine Gag entière à l’ARNg. Les travaux réalisés aux cours de cette thèse nous ont permis de montrer que Pr55Gag et ses produits de maturation NCp15 et NCp7 sont capables de distinguer l’ARNg du VIH-1 des ARN viraux épissés. La stabilisation des formes dimériques ou la perturbation des interactions à longue distance n’ont aucune influence sur la reconnaissance spécifique de Gag pour l’ARNg. Par des expériences de mutagénèse dirigée et de compétition, nous avons montré non seulement que la dimérisation de l’ARNg et le motif SL1 (surtout sa boucle interne) joue un rôle crucial pour la fixation de Gag mais aussi que l’intégrité de la région Psi est indispensable pour une fixation optimale. Ces résultats nous ont amené à déterminer plus précisément l’empreinte de Gag sur l’ARNg et les résidus requis pour la fixation de Gag qui on confirmé le rôle crucial de SL1 comme le siganl major pour la reconnaissance spécifique de l’ARNg par le pr55Gag.Packaging of HIV-1 genomic RNA (gRNA) is a highly regulated and selective process that leads to prefrential selection and packaging of dimeric gRNA from a cellular medium containing a large excess of cellular and spliced viral mRNAs. This event underlies interaction between the nucleocapsid domain in the context of the uncleaved Gag precursor and a Packaging signal located in the 5’ untranslated region (5’ UTR) of the gRNA and/or the beginning of gag gene. Despite a considerable effort, the molecular mechanisms beyond the selective encapsidation of HIV-1 gRNA is still unknown. To address this, we first characterized the relative affinities of Pr55gag to various HIV-1 RNA fragments (spliced and unspliced) by biochemical and spectroscopic approaches which all revealed that Pr55gag exhibits a higher binding affinity for viral gRNA than for viral spliced species. Interestingly, we noticed that Pr55Gag, through its nucleic acid chaperone activity, was able to stabilize the dimeric form of almost all viral RNA species (spliced and unspliced) suggesting that RNA dimermaturation does not allow the gRNA discrimination. Further characterization of specific Gag binding sites to short RNA fragments corresponding to the minimal packaging signal by competition experiments, inhibition of Gag/RNA interaction by antisense oligo-deoxynucleotides, as well as the detection of Pr55Gag RNA binding sites on gRNA by enzymatic and chemical footprinting confirmed the crucial role of SL1 (or DIS) as a specific binding site for Pr55Gag. Taken together, our results strongly suggest that SL1 and/or RNA dimerization is a specific recognition signal for Pr55Gag to specifically select and probably induce HIV-1 gRNA packaging