Etude des protéines Fer-Soufre des virus géants à la recherche de réponses sur l’origine de la vie – VIRiON

Le premier virus géant, Mimivirus, découvert en 2003, visible par microscopie optique, contient un génome de 1,2 Mb aussi complexe que celui de nombreuses bactéries. En 5 ans, 3 nouvelles familles de virus géants ont été découvertes. Les Pandoraviridae dont les virions en forme d’amphore contiennent des génomes culminant à 2,8 Mb, codant pour ~2000 protéines pour la majorité uniques à la famille. Mollivirus et Pithovirus sibericum, tous deux réactivés à partir d'une couche de pergélisol de 30000 ans, présentent des génomes ADN de 600 kb codant pour ~500 protéines, dont 2/3 sont propres à chaque famille et absentes du monde cellulaire. Ce rythme rapide de découvertes inattendues suggère que le monde viral reste un réservoir inexploité de processus biochimiques, d’enzymes et d’outils de manipulation cellulaire inconnus.
Ces 4 familles de virus géants différents par leurs virions, le contenu de leur génome et leurs cycles réplicatifs, relancent la question de l'origine des virus et du rôle qu'ils ont pu jouer dans l'émergence et l'évolution de la vie sur terre. La rareté des gènes partagés entre les différents virus géants exclut une origine ancestrale commune. Nous avons émis l'hypothèse que ces 4 lignées de virus pourraient provenir de différents types de "protocellules" ancestrales autrefois en compétition avant l'apparition du dernier ancêtre commun universel (LUCA) des Eubactéries, Archées et Eucaryotes. Ces lignées ancestrales auraient perdu la compétition, ne réussissant à survivre qu’en devenant des parasites (ou symbiotes) de la lignée cellulaire gagnante qui a conduit à LUCA, menant ensuite à la diversité actuelle des virus à ADN. Après un milliard d'années de co-évolution dans une variété d'organismes, certains éteints aujourd’hui, les virus à ADN pourraient avoir hérité d'une vaste gamme de voies métaboliques absentes du monde cellulaire. Dans le cadre de l'hypothèse qu’un «monde fer-soufre» aurait permis le développement des formes de vie initiales, la caractérisation des protéines fer-soufre utilisées par les virus géants pourrait mettre en lumière des processus fondamentaux à l'origine de la vie.
Le présent projet se propose donc de caractériser les protéines riches en cystéine, pouvant présenter des motifs originaux de coordination Fe-S, qui pourraient être des voies métaboliques fossiles léguées par les ancêtres de ces virus au cours de leur transition de l'état de protocellule à celui de parasite obligatoire du monde cellulaire. Nous nous proposons de combiner des approches interdisciplinaires, utilisant la bioinformatique, la biologie cellulaire, la biochimie, la physicochimie et la biophysique pour élucider le rôle de ces protéines dans la physiologie des virus géants.
Afin de pouvoir étudier les protéines Fe-S en général, nous proposons dans un premier temps de développer les méthodologies nécessaires à la caractérisation de la protéine la plus exprimée au cours du cycle infectieux conservée dans les Mimiviridae, GG-FeS. Cette protéine de 59 acides aminés présente une signature Fe-S atypique et est présente dans les virions, donc importante pour l'initiation du cycle infectieux. Pour réaliser sa caractérisation fonctionnelle, nous allons combiner des études in vitro avec des études in vivo, de la physicochimie, de la biochimie (expression des protéines et études d'interaction), de la biophysique (RMN, RPE, Mössbauer, Cristallographie, Microscopie). Nous utiliserons la bioinformatique pour sélectionner un sous-ensemble des protéines riches en cystéine les plus prometteuses/intrigantes, codées par les 4 familles de virus géants et nous appliquerons les connaissances et méthodologies développées sur la famille de protéines GG-FeS pour les caractériser en utilisant la même combinaison d'approches.
Ce projet devrait aboutir à la découverte de voies métaboliques originales qui pourraient trouver des applications importantes pour la biotechnologie et de la biomédecine.