Illustrations
Figure 1
A. Aperçu des différentes structures du complexe polymérase des virus influenza. La forme globale des complexes polymérase dans les quatre structures résolues est représentée, avec une position constante du cœur central. La sous-unité PB1 est colorée en beige, PB2 en bleu, PA en vert. Les références pdb sont : la polymérase d’un virus influenza A de chauve-souris associée à des extrémités 5′ + 3′ d’un vARN : pdb 4WSB [16] , la polymérase d’un virus influenza B humain associée aux extrémités 5′ + 3′ d’un vARN : pdb 4WSA [15] ou associée à l’extrémité 5′ d’un cRNA : pdb 5EPI [17] , la polymérase d’un virus influenza C sans ARN (apo-fluC) : pdb 5d9 [14] . B. Schéma de l’organisation des domaines des sous-unités PA/P3, PB1 et PB2. La numérotation est donnée pour les polymérase des virus influenza A (fluA) de chauve-souris, influenza B (fluB) humains et influenza C (fluC) humains comme indiqué. Les domaines hachurés sont ceux qui font partie du cœur central de la polymérase.
Figure 1
Figure 2
Le cœur catalytique de la polymérase des virus influenza. A. Diagramme en ruban de la sous-unité PB1, indiquant les modules typiques d’une ARN polymérase dépendante de l’ARN. Les motifs fonctionnels conservés et positionnés dans le pouce sont colorés en violet, la boucle d’amorçage en rouge, et le signal de localisation nucléaire bipartite de PB1 en rose. B. Schéma représentant le domaine polymérase de la protéine PB1 de fluA, flanqué par les domaines PA-C d’un côté et PB2-N de l’autre. PB1, PB2-N and PA-C sont colorés respectivement en beige, bleu et vert. Le NLS de PB1 est représenté par des sphères roses. Le domaine polymérase est donné pour la polymérase fluA (pbd 4WRT) qui est la seule dont la structure de la boucle d’amorçage a été résolue.
Figure 2
Figure 3
La fixation du promoteur viral à la polymérase. Toutes les images ont été générées à partir de la structure pdb 4WRT [15] de la polymérase fluB, qui est la seule où la totalité des extrémités 5′ et 3′ utilisées comme substitut du promoteur viral sont résolues. A. Représentation des brins vARN 5′ et 3′ du promoteur, mettant en évidence l’appariement des bases de la région distale et la configuration des extrémités simple brin. B. Représentation de la surface de fixation du promoteur sur la polymérase virale, montrant l’interface ARN/protéine intervenant dans la liaison de l’extrémité 3′. C. Représentation du positionnement de l’extrémité 3′ du vARN à l’entrée du canal putatif d’entrée du brin matrice. Ce dernier a été déduit par modélisation d’après la superposition avec la structure de la polymérase du virus Norwalk en complexe avec des brins matrice et amorce du vARN [15] . D. Représentation de la surface de la fixation du promoteur soulignant la liaison de la structure en épingle à l’extrémité 5′ dans une poche formée par PB1 et PA.
Figure 3
Figure 4
Représentation schématique du repliement de la sous-unité PB2 dans les configurations de la polymérase virale associée au promoteur (montrée pour la polymérase fluB, pdb 4WSA) et associée au 5’cARN (fluB, pdb 5EPI). La représentation séquentielle de la structure de PB2 débute par l’axe rigide constitué par les sous-domaines charnières cap-627 (violet clair) et milieu (rose), puis CAP (bleu clair), 627 (cyan) et NLS (violet foncé), enfin la protéine PB2 entière (PB2-N en bleu ciel). Les extrémités N- et C-terminales de chaque polypeptide sont indiquées.
Figure 4
Figure 5
Les polymérases compétentes pour la transcription. A. Les structures des polymérases flu A de chauve-souris (pdb 4WSB) et flu B humaine (pdb 4WSA), associées aux vARN 5′ + 3′, sont données avec PB2-C et PA-ENDO en représentation schématique et le reste de la polymérase en représentation de surface. Une coiffe associée au domaine de fixation à la coiffe de PB2 est montrée en rouge, et le site catalytique du domaine endonucléase de PA en violet clair. Le code de couleur pour les sous-unités PB1, PB2 et PA sont comme sur la figure 1 B . B. Vue en surface de la polymérase fluB (pdb 4WSA) mettant en évidence l’orientation d’une coiffe liée au site de fixation à la coiffe de PB2 faisant face au centre catalytique de la polymérase. La vue passe à travers le domaine de fixation à la coiffe de PB2 comme indiqué dans le panel a. C. Représentation de la surface de la polymérase compétente pour la transcription (pdb 4WSA), soulignant le point de sortie du brin matrice indiqué par la position du couvercle hélical de PB2 qui l’obstrue (coloré en marron), et le canal de sortie putatif de l’ARNm viral.
Figure 5
Figure 6
Les différentes dispositions de la sous-unité PB2 dans les configurations de la polymérase virale. A. Représentation des structures de la polymérase fluB quand elle est associée au promoteur viral 5′ + 3’vARN (pdb 4WSA), ou au 5’cARN (pdb 5EPI), et de la polymérase fluC sans ARN (apo-fluC, pdb 5d9). Le cœur de la polymérase est représenté en surface et en gris. PB2-C est représenté schématiquement en bleu clair pour PB2-CAP, en violet clair pour la charnière cap-627 et en rose pour le milieu. Les domaines PB2-627 (cyan) et NLS (bleu foncé) sont représentés en surface. PA-ENDO est en représentation schématique et coloré en vert. Les structures sont représentées dans une orientation similaire du cœur de la polymérase, pour souligner le réarrangement des sous-domaines de PB2-C dans le complexe polymérase. B. Représentation de la surface du domaine PB2-CAP associé à une coiffe représentée par une sphère rouge dans la configuration de la polymérase associée à un 5’cARN, soulignant l’obstruction du site de fixation à la coiffe par son apposition au sous-domaine charnière cap-627 de PB2.
Figure 6
Figure 7
La formation de dimères A. Un dimére observé avec le sous complexe 1 polymérase fluA de H5N1 (pdb3j9). Haut : représentation schématique du dimère, PB1 est colorée en beige, PA en vert et les hélices de PB2 (attribuées aux aa 86 à 130 de la protéine) en cyan pour le monomère 1 ou bleu pour le monomère 2. Les hélices α de PA impliquées dans l’interface du dimère sont colorées en rose clair (monomère 1) et rose foncé (monomère 2), les hélices α de PB2 intervenant dans l’interface de dimérisation sont colorées en cyan foncé (monomère 1) et bleu foncé (monomère 2). Les aa de PB1 proposés intervenir dans la formation de tétramère sont colorés en jaune. Bas : l’interface de dimérisation est montrée en représentation de surface, pour souligner les contacts entre chaque monomère. B. Les éléments structuraux proposés pour l’interface de dimérisation sont montrés en représentation de surface dans la polymérase fluA H5N1 (pdb3j9), dans la polymérase flu B associée à un 5’cARN (pdb 5 EPI) et dans l’apo-polymérase fluC (pdb5d9), et colorés comme dans a. Ils sont montrés avec le reste de la polymérase en représentation schématique (gauche) et en représentation de surface (droite) pour mettre en évidence la contiguïté et l’accessibilité des hélices α intervenantes.
Figure 7
Figure 8
L’interaction avec NP. A. L’interface d’interaction avec NP. Le ruban β de PB1 interagissant avec NP est coloré en beige, le 5′-vARN ou 5′-cARN en jaune, le 3′-vARN en orange. Les hélices α N-terminales de PB2 impliquées dans la fixation de NP sont colorées en bleu, les hélices α C-terminales de PB1 impliquées dans l’interaction PB1/PB2, qui avait été observée à partir de domaines isolés, sont colorées en beige. La position du NLS de PB1 dans le ruban β est colorée en rouge dans les polymérases fluB associées au 5′ + 3’vARN et au 5’c-ARN, mais pas dans l’apo-fluC où il n’est pas conservé. Le ruban β de PB1 et les brins d’ARN sont donnés en représentation schématique, le reste de la polymérase en représentation de surface colorée en blanc. Les images sont construites à partir des structures pdb 4WSA pour la polymérase fluB associée au promoteur, pdb 5EPI pour la polymérase fluB associée au 5’cARN, pdb 5j9 pour l’apo-fluc C polymérase. B. La localisation des interfaces d’interaction avec NP est montrée dans la polymérase fluB associée au promoteur (gauche, pdb 4WSA), ou associée au 5’cARN (droite, pdb 5EPI) et dans l’apo-fluc C polymérase (pdb5d9). Elle est indiquée par rapport aux tunnels de sortie putatifs des brins produits d’ARN (flèche bleue foncée pour la sortie des ARNm, rouge pour la sortie des brins répliqués), et de la position supposée de la sortie du brin matrice ARN indiquée par la position du couvercle hélical de PB2 qui l’obstrue (coloré en marron). Notez que la position du tunnel de sortie putatif du brin matrice est indiquée sur la face de la polymérase où le brin matrice est supposé émerger. Le domaine PB2-627K en représentation schématique est coloré en cyan, les aa intervenant dans l’interaction avec NP sont colorés en rouge. Le groupe d’hélices α formé par PB1C/PB2N et le ruban β de PB1 sont en représentation schématique.
Figure 8
Figure 9
Les acides aminés d’adaptation dans la polymérase A. Les aa d’adaptation de la polymérase des virus influenza. Les aa sont montrés sur la surface des formes compétentes pour la transcription (pdb 5WSA, gauche) et associée au 5’cARN (pdb 5EPI, droite) de la polymérase fluB. Les aa d’adaptation sont colorés en rouges pour PB2, en violet pour PA, en marron pour PB1. B. Les aa d’adaptation de la sous-unité PB2 colorés en rouge sont montrés dans la polymérase fluB associée au 5’cARN, dans une représentation de la surface en transparence pour mettre en évidence les aa positionnés le long de l’interface entre PB2 et PB1 ou PA (indiqués par des flèches). C. Les acides aminés d’adaptation dans les domaines 627/NLS de PB2 colorés individuellement, leur accessibilité indiquée dans les formes compétentes pour la transcription (gauche) et associée au 5′-cARN (droite) de la polymérase fluB.
Figure 9
Figure 10
Les interactions de la polymérase avec des facteurs de l’hôte. A. L’interaction avec les importines α. Haut (gauche) représentation schématique du domaine NLS de la polymérase fluB associée au 5’cARN (pdb 5EPI) coloré en bleu foncé, avec le reste de la polymérase montré en représentation de surface. Les aa intervenant dans l’interaction avec les importines α sont colorés en rouge. (droite) représentation de la surface du NLS de PB2 dans la même configuration de la polymérase. Bas : le domaine NLS de PB2 n’est que partiellement résolu dans la polymérase fluB associée au promoteur (pdb 4WSA), et est montré en représentation schématique coloré en bleu foncé. Le peptide contenant le NLS à l’extrémité C-terminale de la protéine PB2 est représenté par une ligne pointillée car il n’a pas de densité électronique dans cette structure, ce qui reflète un état non structuré et flexible. B. Interaction avec hCLE. L’interface d’interaction de PA avec le facteur humain hCLE est montré en représentation de surface, et coloré en rouge dans la polymérase fluB associée au promoteur ARN v5′ + v3′ (pdb 4WSA). Les aa 504 de PB2 et 550 de PA impliqués dans la dégradation de l’ARN polII sont représentés par des sphères violettes.
Figure 10
Figure 11
Les interfaces potentielles d’interaction. Représentation de la surface de la polymérase fluB associée au 5′ + 3’vARN (pdb4WSA, gauche) ou au 5’cARN (pdb 5EPI droite). Les surfaces exposées spécifiquement dans la polymérase associée au 5′ + 3’vARN sont colorées en marron (PB2) et violet (PA), les surfaces plus exposées dans la forme associée au 5’cARN sont colorées en saumon (PB2) et rose (PA). L’aa 627K de PB2 est coloré en jaune.
Figure 11
Auteurs
1 Unité de génétique moléculaire
des Virus à ARN, Institut Pasteur,
28 rue du Dr Roux
75015 Paris, France
2 Centre national de la recherche
scientifique (CNRS),
Unité mixte de recherche 3569,
Paris, France
3 Sorbonne Paris-Cité,
Université Paris-Diderot,
75013 Paris, France
Les virus influenza sont des virus segmentés à ARN négatif codant pour leur propre ARN polymérase ARN-dépendante (RpRd), dont les multiples activités sont essentielles pour le cycle viral. La RpRd comporte trois sous-unités, PB1, PB2 et PA. Elle se fixe aux extrémités des segments d’ARN viraux (vARN) associés à de multiples copies de la Nucléoprotéine virale NP, le tout constituant une ribonucléoprotéine virale (vRNP). L’ARN polymérase virale catalyse la transcription et la réplication des vARN dans le noyau des cellules infectées. La régulation temporelle des activités de l’ARN polymérase virale est essentielle pour le déroulement normal du cycle viral, mais sa compréhension a été limitée jusqu’à présent par l’absence d’information concernant la structure du complexe constituant cette polymérase virale. La résolution atomique de la structure de la RpRd des virus influenza de type A, B et C a été publiée au cours des deux dernières années. Nous avons compilé dans cette revue les principales données ressortant de la résolution quasi concomitante des structures cristallographiques de plusieurs polymérases de virus influenza. Nous tenterons de mettre en évidence comment les informations de structures peuvent contribuer à notre compréhension des interactions entre la RpRd virale et les facteurs viraux et cellulaires.