How the Epstein-Barr virus-encoded EBNA1 mRNA translation is regulated in cis by its mRNA dynamic structure and its nascent polypeptide - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

How the Epstein-Barr virus-encoded EBNA1 mRNA translation is regulated in cis by its mRNA dynamic structure and its nascent polypeptide

Contrôle de la traduction de l'ARNm codant la protéine EBNA1 du virus d'Epstein-Barr par la structure dynamique de son ARNm et le polypeptide naissant associé

Résumé

MRNA translation and protein synthesis are tightly regulated events in the cell. Mechanisms describing these key cellular events involve the mRNA sequence and its structure with the association of RNA-binding protein to it, as well as the quality of the translation product encoded by the mRNA, assessed notably through ribosome-associated quality control. In this context, the Epstein-Barr virus EBNA1 (Epstein-Barr Nuclear Antigen 1) mRNA translation regulation is an interesting example. EBNA1 is known to be an essential protein for the virus survival in the host cells. Even though EBNA1 is present in every infected cell, its protein level is remarkably low. As EBNA1 is highly antigenic, it has been suggested that EBNA1 levels in the cells are low enough to escape the immune system of the host, but sufficient to maintain EBV infection. This balance requires a tightly controlled EBNA1 production. Further studies showed that the GAr (glycine-alanine repeat) domain, located in the N-terminal part of EBNA1, triggers an in cis mechanism leading to the inhibition of the translation initiation of its own mRNA, without affecting translation of other mRNAs in the cell. Thus, the GAr domain of EBNA1 is a unique tool to study selective mRNA translation control without affecting general protein synthesis. It was previously shown that RNA G4 (G-quadruplex) structures can be folded in the GAr-encoding mRNA. Numerous studies underlined the importance of these RNA structures in the regulation of EBNA1 mRNA translation, and the team previously showed that nucleolin can interact with these RNA G4 structures, interaction which can be competed by some G4 ligands. However, it was also formerly shown that the GAr peptide itself plays a role in controlling in cis the translation of EBNA1-encoding mRNA, rather than just the RNA sequence. The main focus of the study presented here is to shed light on how this translation event and the fate of the encoding mRNA are regulated in cis by the mRNA and the encoded nascent polypeptide. In line with the fact that RNA G4 structures are highly dynamic, we first showed that GAr RNA G4-associated functions, namely mRNA localisation, translation and ability to bind RNA-binding proteins, are dependent on the context they are in, i.e. their position in the mRNA, the structures in their surrounding or the factors binding the mRNA, such as G4 ligands. We next demonstrated that translation of the EBNA1 mRNA is necessary for nucleolin-binding to it, meaning that the translation event modifies some properties of the EBNA1 mRNA. In parallel, we showed that the NACA, a subunit of the NAC chaperone complex, is detached from the ribosome and interacts with the GAr polypeptide. Interestingly, the NACA is also an RNA binding protein in addition to its chaperone function, and is determinant for the future processing of the EBNA1 mRNA. Finally, and unexpectedly, we show that translation initiation factors are also key players in the downregulation of the EBNA1 mRNA translation, affecting also the mRNA nucleolin-binding capacity, the most effective translation initiation factor in the downregulation of EBNA1 mRNA translation identified so far being eIF4A1. These results support the idea that both the RNA sequence and structure and the corresponding nascent polypeptide are involved in the downregulation of EBNA1 mRNA translation. However, it does not rule out the possibility that both the RNA structure and the polypeptide sequence trigger also their own separated inhibitory pathway. As viruses use components already present in the cells to maintain themselves, the cellular biology elements brought out here can provide insights on many other pathologies in addition to EBV-associated diseases.
La traduction des ARNm et la production de protéines sont des phénomènes étroitement contrôlés dans la cellule. La séquence de l'ARNm et sa structure, auxquelles sont associées des protéines se liant à l'ARN, ainsi que la qualité de la protéine produite à partir de cet ARNm, évaluée notamment par la voie de contrôle qualité associée aux ribosomes, sont des éléments impliqués dans ce processus majeur pour la cellule. Dans ce domaine, le contrôle de la production de protéine EBNA1 (Epstein-Barr Nuclear Antigen 1) du virus d'Epstein -Barr est un exemple intéressant. La protéine EBNA1 est essentielle pour la survie du virus dans les cellules hôtes. Les niveaux cellulaires de protéine EBNA1 sont très faibles, bien que la protéine soit présente dans toutes les cellules infectées. Cette dernière est aussi extrêmement antigénique. Il est aujourd'hui admis que la quantité de protéine EBNA1 présente dans les cellules est suffisante pour assurer le maintien du virus dans la cellule, mais assez basse pour lui permettre d'échapper au système immunitaire de l'hôte. Un contrôle de sa production est nécessaire à cet équilibre. Des études précédentes ont montré que le domaine GAr (répétitions de glycine et alanine), présent dans la partie N-terminale de la protéine, déclenche un mécanisme conduisant à l'inhibition de l'initiation de la traduction de l'ARNm d'EBNA1 en cis, sans affecter la traduction des autres ARNm présents dans la cellule. L'équipe a montré précédemment que les structures G4s (G-quadruplex) peuvent être formées dans l'ARNm codant le GAr. De nombreuses études ont montré l'importance de ces structures secondaires de l'ARN dans la régulation de la traduction de l'ARNm d'EBNA1. La nucléoline, un facteur nucléaire, peut se lier aux G4s de l'ARNm du GAr. Cependant, il a aussi été montré que le peptide GAr, et non l'ARNm associé, est nécessaire au contrôle de la traduction de l'ARNm du GAr en cis. L'objectif principal de ma thèse est de mieux comprendre le mécanisme déclenché par l'ARNm et le polypeptide naissant conduisant au contrôle de la traduction de l'ARNm d'EBNA1 en cis. En accord avec le fait que les structures G4s de l'ARN sont extrêmement dynamiques, nous avons montré dans un premier temps que les fonctions associées au G4s de l'ARNm du GAr, à savoir la localisation de l'ARNm, sa traduction et sa capacité à se lier à certaines protéines, dépendent du contexte dans lesquelles ces structures se trouvent. Nous montrons ensuite que la traduction de l'ARNm d'EBNA1 est nécessaire à l'interaction nucléoline-ARNm, signifiant que la traduction de l'ARNm induit des changements dans les propriétés de l'ARNm. En parallèle, nous avons étudié le NACA, une sous-unité du complexe chaperon NAC (nascent polypeptide-associated complex). NACA se détache du ribosome lors de la synthèse du GAr et interagit avec le GAr. NACA est aussi capable de se lier aux ARN et est déterminant dans la suite des évènements liés à l'ARNm codant le GAr. Enfin, et de façon assez surprenante, les facteurs d'initiation de la traduction sont aussi des éléments clés dans l'inhibition de la traduction de l'ARNm d'EBNA1. Le facteur le plus impactant identifié jusqu'à maintenant est le facteur eIF4A1. Ces résultats indiquent que la séquence et structure de l'ARNm et le polypeptide naissant correspondant sont impliqués dans l'inhibition de l'initiation de la traduction de l'ARNm d'EBNA1. Cependant, cela n'enlève pas la possibilité que l'ARNm et le polypeptide naissant déclenchent chacun une voie d'inhibition de la synthèse d'EBNA1 distincte l'une de l'autre. Les virus utilisent des éléments déjà présents dans la cellule pour assurer leur maintien dans la cellule hôte. Ainsi, les principes de biologie cellulaire décrits ici peuvent apporter des indications importantes pour une meilleure compréhension d'autres pathologies en plus de celles liées au virus d'Epstein-Barr.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03783685 , version 1 (22-09-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03783685 , version 1

Citer

Alice Jia-Li Zheng. How the Epstein-Barr virus-encoded EBNA1 mRNA translation is regulated in cis by its mRNA dynamic structure and its nascent polypeptide. Human health and pathology. Université Paris Cité, 2021. English. ⟨NNT : 2021UNIP7132⟩. ⟨tel-03783685⟩
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