Le Bornavirus, un virus à ARN non cytolytique, persiste à vie dans le système nerveux central des animaux infectés. Cette persistance virale est en grande partie liée à une protéine virale non structurale appelée X, qui est adressée à la fois au noyau et à la mitochondrie, où elle interfère avec la réponse antivirale et le déclenchement de l’apoptose. Notre équipe a récemment prouvé que l'expression isolée de cette protéine suffisait à protéger les neurones in vitro contre les effets d’une toxine de la chaîne respiratoire mitochondriale et qu’elle permettait également de les protéger in vivo dans un modèle murin de la maladie de Parkinson. Lors de ma thèse, nous avons tout d’abord démontré que la protéine X augmentait la filamentation du réseau mitochondrial, aussi bien en conditions physiologiques qu’en cas de stress oxydant. Cet effet est particulièrement intéressant compte tenu de l’importance de la dynamique mitochondriale dans la physiopathologie des maladies neurodégénératives.
Si le potentiel thérapeutique de cette protéine virale est aujourd’hui bien établi, les mécanismes moléculaires à l'origine de ses effets neuroprotecteurs sont loin d’être tous compris, mais l'on sait qu'ils sont strictement dépendants de la présence de la protéine X dans la mitochondrie. Dans ce contexte, le but de mon projet de thèse était de clarifier les déterminants moléculaires responsables de l'adressage de la protéine X à la mitochondrie et/ou au noyau, en lien avec ses capacités neuroprotectrices. Nous avons donc construit des protéines de fusion entre différents mutants de la région amino-terminale de la protéine X et la protéine GFP, dont nous avons étudié la localisation subcellulaire. Ainsi, nous avons mis en évidence que cette région contenait des signaux chevauchants et interdépendants responsables de l’import et l’export nucléaires, ainsi que de l’import mitochondrial. Nous avons de plus identifié une mutation ponctuelle et une délétion conduisant à la localisation quasi exclusive de la protéine X à la mitochondrie et augmentant son pouvoir neuroprotecteur.
Enfin, nous avons recherché les partenaires mitochondriaux de la protéine X, afin de mieux caractériser les bases de son potentiel neuroprotecteur. Nous avons ainsi mis en évidence une interaction entre la protéine X et une protéine chaperonne mitochondriale nommée Hspa9, récemment mise en cause dans la physiopathologie de nombreuses maladies neurodégénératives, notamment la maladie de Parkinson. Nous avons montré que la présence de la protéine X permettait de limiter la baisse d'expression d’Hspa9 provoquée par une toxine mitochondriale, suggérant un lien fonctionnel entre ces deux protéines. Nous avons aussi démontré que, comme pour la protéine X, la surexpression d’Hspa9 pouvait protéger des neurones de la fragmentation axonale provoquée par une toxine mitochondriale
L’ensemble de ces résultats contribue à une meilleure compréhension des mécanismes à la base du potentiel neuroprotecteur de la protéine X, ce qui pourrait favoriser le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques.
|
Bornavirus, a non-cytolytic RNA virus establishes a long-lasting persistence in the central nervous system of infected animals. Viral persistence is facilitated by the expression of the non-structural X protein, which is addressed both to nucleus and mitochondria, where it interferes both with cellular antiviral responses and the initiation of apoptosis. Our team recently reported that the singled-out expression of the X protein could protect neurons against toxins of the mitochondrial respiratory chain, both in vitro and in a mouse model of Parkinson's disease (PD). During my Ph.D., we further demonstrated that the X protein triggered enhanced filamentation of the mitochondrial network, in physiological as well as in oxidative stress conditions. This effect is particularly interesting when considering the importance of mitochondrial dynamics in the pathophysiology of neurodegenerative diseases.
Even if the therapeutic potential of this viral protein is now well established, the underlying molecular and cellular mechanisms are far from being elucidated. It is however clear that neuroprotection conferred by the X protein is strictly dependent on its mitochondrial localization. In this context, the goal of my Ph.D. project was to clarify the molecular mechanisms whereby the X protein is targeted to mitochondria and/or to the nucleus, in link with its protective capabilities. We focused on the amino terminal residues of X, by performing fusion proteins of various forms of these residues with GFP and by analyzing their cellular localization. We demonstrated that this region contains overlapping and interdependent signals for nuclear localization, nuclear export and mitochondrial targeting of the X protein. We also identified a point mutation or deletion leading to an almost exclusively mitochondrial localization of the X protein. As a consequence, these X mutants exhibited a better neuroprotective function.
In order to get further insight into X-mediated neuroprotection, we also searched for the cellular partners of X in mitochondria. We revealed a direct and specific interaction of the X protein with the chaperone Hspa9, a protein that was recently shown to be involved in neurodegenerative diseases, notably in PD’s patients. We observed that the down-regulation of Hspa9 triggered by mitochondrial toxins was attenuated by the co-expression of X, suggesting a functional link between these two proteins. We also demonstrated that Hspa9 overexpression could protect neurons from mitochondrial dysfunctions, similarly to the X protein.
Altogether, these results have contributed to a better understanding of the mechanisms underlying the neuroprotective potential of the X protein, which may favor the development of novel therapeutic strategies.
|