A new role of homologous DNA repair pathways in retroviral reverse transcription step ?

04 April 2022 by Delphine LAPAILLERIE
Avancées du projet ReactIN présentées par Vincent Parissi lors de la journée scientifique Sidaction à l'Institut Pasteur le 29 mars dernier.
Etude des réponses cellulaires à l’intégration du VIH-1, projet ReactIN :
Rôle de la voie BRCA1/2 sur le devenir des formes intégrées et non-intégrées d’ADN viral

L’infection par le VIH-1 mobilise de multiples voies cellulaires modulant les différentes étapes de réplication virale. La production d’ADN viral durant la transcription inverse, puis son insertion dans le génome cellulaire durant l’étape d’intégration déclenche notamment des réponses cellulaires pouvant participer à l’établissement pérenne de l’infection ainsi que la mise en place de la latence. Notre travail vise à identifier ces voies puis à les caractériser en vue de proposer de possible stratégies d’élimination du virus.

L’intégration requière l’acheminement du complexe d’intégration vers le locus d’insertion chromosomique impliquant les protéines cellulaires CPSF6 et LEDGF/p75. Nous avons pu montrer que l’intégration rétrovirale dépendait de la structure chromatinienne rencontrée par l’intasome (1, 2). Ainsi, des facteurs de remodelages, tels que la chaperone d’histone FACT, favorisent l’accès et l’ancrage au nucléosome impliquant une interaction directe de l’intasome avec la chromatine (3–6). La catalyse de l’intégration peut alors se réaliser suivie d’évènements de réparation du site, impliquant potentiellement des voies encore mal définies. Dans ce cadre, nous avons pu montrer que la recombinase RAD51, appartenant à la voie de réparation de l’ADN par recombinaison homologue, pouvait moduler les phases pré-intégratives et post- intégratives (7, 8). De manière intéressante, LEDGF/p75 a été montré comme favorisant la résection de l’ADN lors de la réparation homologue médiée par RAD51 (9). Par ailleurs, l’histone chaperone FACT est impliquée dans la réparation de l’ADN via son rôle dans le dépôt de la marque gamma H2AX sur les sites lésés (10). Associée aux machineries de transcription polII RAD51 est impliquée dans la réparation des cassures d’ADN dans les régions particulièrement transcrites ciblées par le VIH-1. Enfin, l’interaction LEDGF/p75, FACT et IN a été reportée (3, 11).

Ces données suggèrent que l’ensemble de ces facteurs puissent appartenir à un même réseau protéique mobilisé en réponse à l’arrivée de l’ADN viral et régulant l’intégration du virus. Durant l’étude récente de ces voies de réponse cellulaire, nous avons pu montrer plus précisément que l’infection par le VIH-1 déclenchait la formation de foci nucléaires de RAD51 par un mécanisme dépendant de la voie de réparation BRCA1/BRCA2. Des approches de CHiP et d’imageries indiquent que RAD51 est chargée sur l’ADN viral dès sa synthèse durant la transcription inverse sans nécessité d’intégration. L’inhibition de ce processus par des approches chimiques, ou génétiques, entraîne une inhibition de l’infectivité virale et de l’intégration associée à un possible blocage de la transcription inverse. Nos résultats dévoilent une nouvelle voie de réponse cellulaire à l’infection dont la caractérisation et l’identification les déterminants viraux et cellulaires constituent la base de notre projet actuel. La compréhension des processus menant au recrutement de ces facteurs de réparation sur l’ADN viral pourrait aider à décrypter leur rôle dans le devenir des différentes populations d’ADN viral et, ainsi, dans l’établissement des réservoirs de virus latents.

  1. Lesbats,P., Botbol,Y., Chevereau,G., Vaillant,C., Calmels,C., Arneodo,A., Andreola,M.L., Lavigne,M. and Parissi,V. (2011) Functional Coupling between HIV-1 Integrase and the SWI/SNF Chromatin Remodeling Complex for Efficient in vitro Integration into Stable Nucleosomes.PLoS Pathog,7, e1001280.
  2. Benleulmi,M.S., Matysiak,J., Henriquez,D.R., Vaillant,C., Lesbats,P., Calmels,C., Naughtin,M., Leon,O., Skalka,A.M., Ruff,M.,et al.(2015) Intasome architecture and chromatin density modulate retroviral integration into nucleosome. Retrovirology, 12, 13.
  3. Matysiak,J., Lesbats,P., Mauro,E., Lapaillerie,D., Dupuy,J.-W., Lopez,A.P., Benleulmi,M.S., Calmels,C., Andreola,M.-L., Ruff,M.,et al.(2017) Modulation of chromatin structure by the FACT histone chaperone complex regulates HIV-1 integration. Retrovirology, 14.
  4. Mauro,E., Lesbats,P., Lapaillerie,D., Chaignepain,S., Maillot,B., Oladosu,O., Robert,X., Fiorini,F., Kieffer,B., Bouaziz,S.,et al.(2019) Human H4 tail stimulates HIV-1 integration through binding to the carboxy-terminal domain of integrase. Nucleic Acids Res., 10.1093/nar/gkz091.
  5. Benleulmi,M.S., Matysiak,J., Robert,X., Miskey,C., Mauro,E., Lapaillerie,D., Lesbats,P., Chaignepain,S., Henriquez,D.R., Calmels,C.,et al.(2017) Modulation of the functional association between the HIV-1 intasome and the nucleosome by histone amino-terminal tails. Retrovirology, 14, 54.
  6. Lapaillerie,D., Lelandais,B., Mauro,E., Lagadec,F., Tumiotto,C., Miskey,C., Ferran,G., Kuschner,N., Calmels,C., Métifiot,M.,et al.(2021) Modulation of the intrinsic chromatin binding property of HIV-1 integrase by LEDGF/p75. Nucleic Acids Res., 49, 11241–11256.
  7. Cosnefroy,O., Tocco,A., Lesbats,P., Thierry,S., Calmels,C., Wiktorowicz,T., Reigadas,S., Kwon,Y., De Cian,A., Desfarges,S.,et al.(2012) Stimulation of the human RAD51 nucleofilament restricts HIV-1 integration in vitro and in infected cells. J Virol, 86, 513–26.
  8. Thierry,S., Benleulmi,M.S., Sinzelle,L., Thierry,E., Calmels,C., Chaignepain,S., Waffo-Teguo,P., Merillon,J.M., Budke,B., Pasquet,J.M.,et al.(2015) Dual and Opposite Effects of hRAD51 Chemical Modulation on HIV-1 Integration. Chem Biol, 22, 712–23.
  9. Daugaard,M., Baude,A., Fugger,K., Povlsen,L.K., Beck,H., Sørensen,C.S., Petersen,N.H.T., Sorensen,P.H.B., Lukas,C., Bartek,J.,et al.(2012) LEDGF (p75) promotes DNA-end resection and homologous recombination. Nat. Struct. Mol. Biol., 19, 803–810.
  10. Piquet,S., Le Parc,F., Bai,S.-K., Chevallier,O., Adam,S. and Polo,S.E. (2018) The Histone Chaperone FACT Coordinates H2A.X-Dependent Signaling and Repair of DNA Damage.Mol. Cell,72, 888-901.e7.
  11. Lopez,A.P., Kugelman,J.R., Garcia-Rivera,J., Urias,E., Salinas,S.A., Fernandez-Zapico,M.E. and Llano,M. (2016) The Structure Specific Recognition Protein 1 associates with Lens Epithelium-Derived Growth Factor proteins and modulates HIV-1 replication.J Mol Biol, S0022-2836(16)30168-1[pii] 10.1016/j.jmb.2016.05.013.
  12. Bhattacharya,S., Srinivasan,K., Abdisalaam,S., Su,F., Raj,P., Dozmorov,I., Mishra,R., Wakeland,E.K., Ghose,S., Mukherjee,S.,et al.(2017) RAD51 interconnects between DNA replication, DNA repair and immunity. Nucleic Acids Res., 45, 4590–4605.

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