Assemblage et dynamique d'une usine virale bactérienne – BacVirFactory

Nous employons des approches de criblage systématique (i) de gènes de la bactérie hôte nécessaires pour la multiplication virale et (ii) de la cartographie des réseaux d’interactions protéine-protéine phage-hôte. Ces études sont complémentées par l’imagerie des usines virales qui se forment dans le cytoplasme bactérien lors de l’infection par le phage.

Nos travaux ont permis de montrer que le phage SPP1 a une dépendance très réduite des fonctions qui sont non-essentielles pour la survie de la bactérie hôte. D’un autre côté, SPP1 pirate très efficacement la machinerie de réplication de la bactérie hôte. L’imagerie en temps réel des cellules infectées a permis de visualiser l’assemblage et dynamique des usines de multiplication du virus.

La connaissance fine des mécanismes moléculaires permettant aux phages de restructurer la cellule pour la convertir dans une usine virale apporte une approche rationnelle pour contrôler l’infection de la bactérie par ses virus et pourra conduire à l’identification de nouvelles fonctions pour des protéines cellulaires.

- Cvirkaite-Krupovic V., Carballido-López, R., and Tavares P. (2015). Virus evolution towards limited dependence on the non-essential functions of the host: the bacteriophage SPP1 case. J. Virol. in press. doi:10.1128/JVI.03540-14.

- Yao Z. and Carballido-López (2014). Fluorescence imaging for bacterial cell biology: from localization to dynamics, from ensembles to single molecules. Annu. Rev. Microbiol. 68:459-476.

Pendant la longue co-évolution des virus et des cellules, les virus ont exploité de nombreuses voies pour détourner les machineries cellulaires afin d’assurer efficacement leur multiplication et dissémination. Les cellules ont, de leur côté, développé des mécanismes de défense pour contrer l’infection virale. L’étude des interactions virus-hôte ont aidé à comprendre les mécanismes d’infection et ont aussi permis de faire des découvertes majeures sur les voies de signalisation et de trafique cellulaire, et sur l’organisation de la cellule et de ses compartiments, entre autres. Ces travaux ont été menés presque exclusivement sur des virus eucaryotes, la biologie cellulaire de l’infection par des virus bactériens (phages ou bactériophages) étant très peu développée. Les recherches récentes qui permirent de découvrir l’organisation complexe de la cellule bactérienne ont créé l’élan pour étudier comment les phages profitent de l’architecture de l’hôte pour optimiser leur multiplication.
Ce projet réunit une équipe spécialisée dans la biologie des phages avec une équipe travaillant sur la biologie cellulaire bactérienne. Notre collaboration a permis de démontrer que le phage SPP1 se lie préférentiellement aux pôles de la bactérie Bacillus subtilis. Ceci détermine la position d’entrée de l’ADN viral dans la bactérie et de la réplication de cet ADN qui a lieu dans un foyer bien défini. L’observation récente qu’une protéine de réplication bactérienne et qu’une protéine de la capside de SPP1 sont recrutées dans des foyers lors de l’infection suggère, pour la première fois dans un système procaryote, que la multiplication du phage a lieu dans des usines virales assemblées au sein de la bactérie. SPP1 est donc un système très bien adapté pour étudier le programme spatiotemporel du cheminement du génome viral à travers l’enveloppe cellulaire d’une bactérie Gram-positive, suivi par la formation de l’usine de multiplication du virus. Les mécanismes cellulaires engagés dans ces processus ne sont pas connus. Ils font l’objet de ce projet :
1. Entrée du génome viral dans la cellule hôte : nous visons à identifier les protéines virales et cellulaires participant au passage de l’ADN à travers la paroi cellulaire et membrane cytoplasmique. La(es) protéine(s) du phage s’insérant dans la membrane cellulaire sera(ont) identifiée(s) par des méthodes biochimiques tandis qu’une stratégie génétique sera employée pour identifier les protéines de l’hôte nécessaires à la multiplication virale. L’imagerie en temps réel de ces protéines qui participent à l’entrée de l’ADN apportera des renseignements sur la topologie et la cinétique de passage de l’ADN par la membrane.
2. Assemblage, organisation et dynamique de l’usine virale: nous étudierons par imagerie la co-localisation de protéines cellulaires et du phage avec l’ADN de SPP1. Lorsqu’un composant essentiel pour la multiplication du phage est inactivé par mutation nous attendons pouvoir figer un état défini de l’usine virale pendant le cycle de SPP1. La caractérisation de différents états vise à établir la séquence d’interactions au sein de l’usine, de les corréler avec différentes réactions pendant les étapes du cycle viral (expression génique, réplication du génome viral, assemblage des particules virales) et ainsi d’identifier les effecteurs nécessaires à l’assemblage et à la maintenance de l’usine virale. Des méthodes d’imagerie en temps réel et de « photobleaching recovery » seront employées pour suivre la dynamique de ces composants. La caractérisation d’interactions entre les protéines cellulaires et de SPP1 apportera des renseignements supplémentaires pour établir un modèle de fonctionnement de l’usine virale au sein de la cellule procaryote.
Les résultats de ces études apporteront une contribution importante pour la compréhension de la multiplication des virus bactériens in vivo, pouvant aussi conduire à de nouveaux réactifs et à des progrès pour la biologie cellulaire bactérienne.