Differencial role of PML isoforms in arsenic trioxyde response and in antiviral defense

Les interférons (IFN) constituent une famille de cytokines aux propriétés antiprolifératives et antivirales. Ils activent, via la voie Jak/STAT, des gènes spécifiques dont les produits sont les médiateurs des effets biologiques des IFN. C’est le cas de PML (Promyelocytic leukemia), appelée aussi TRIM19, qui joue un rôle central dans la défense antivirale. PML appartenant à la famille des protéines Tripartite Motif (TRIM), caractérisée par la présence en N-terminal d’un motif RBCC, constitué d’un domaine RING, d’une ou de deux boites B et d’un domaine coiled-coil. PML a été identifiée dans la leucémie aiguë promyélocytaire, une pathologie causée par la translocation chromosomique t(15 ;17) qui fusionne les gènes PML et RARA, aboutissant à la synthèse d'une protéine chimère PML-RARA. Le trioxyde d'arsenic (As2O3) cible la portion PML de la protéine oncogénique, entraînant sa dégradation et la rémission complète des patients. Dans les cellules saines, les transcrits PML issus d’un gène unique génèrent par épissage alternatif 7 isoformes principales de PML, dont six sont nucléaires (PMLI à PMLVI) et une cytoplasmique (PMLVIIb). Toutes possèdent la même extrémité N-terminale mais diffèrent au niveau de leur extrémité C-terminale, conférant à chaque isoforme des fonctions spécifiques.PML est l’organisatrice d’une structure multi-protéique appelée corps nucléaires (CN), impliquée dans divers processus cellulaires tels que l’apoptose, la dégradation des protéines ou encore la défense antivirale.PML est modifiée par SUMO de façon covalente au niveau de trois sites lysines (K65, K160, K490) et de façon non covalente, via son domaine SIM (pour « SUMO Interacting Motif »). Ces modifications sont requises pour la formation de CN fonctionnels et le recrutement de protéines partenaires au sein de ceux-ci. Le but de ma thèse a été d’étudier le rôle différentiel des différentes isoformes de PML en réponse à l’As2O3 et suite à l’infection virale. Nous avons montré que le SIM de PML est nécessaire à sa dégradation en réponse à l'As2O3. Ce motif est présent dans toutes les isoformes de PML, hormis l’isoforme nucléaire PMLVI et l’isoforme cytoplasmique PMLVIIb. Le SIM de PML n’est pas requis pour sa SUMOylation et son interaction avec RNF4 (une E3 ubiquitine ligase responsable de la dégradation de PML via le protéasome). En revanche, ce motif est requis pour l’ubiquitination de PML, le recrutement des composants du protéasome et sa dégradation en réponse à l’As2O3. Concernant les propriétés antivirales de PML, l’étude que nous avons menée avec toutes les isoformes de PML a permis de montrer que seules PMLIII et PMLIV confèrent une résistance au Virus de la Stomatite Vésiculaire (VSV). L’effet antiviral de PMLIII n'est observé qu'à faible multiplicité d’infection (MOI) et est indépendant de la production d’IFN. Par contre, PMLIV exerce une puissante activité anti-VSV, y compris à forte MOI et s'exerce selon deux mécanismes distincts : (i) PMLIV inhibe la réplication du VSV par un mécanisme précoce indépendant de l’IFN, (ii) PMLIV augmente tardivement la production d’IFN-β via une plus forte activation d’IRF3 qui est due à la séquestration spécifique de Pin1 au sein des CN par PMLIV. Ces deux processus nécessitent la SUMOylation de PMLIV. Ces résultats montrent que PMLIV exerce une activité antivirale intrinsèque et est impliquée dans l’immunité innée en régulant positivement la voie de transduction conduisant à la synthèse d’IFN-β.Interferons (IFNs) are a family of cytokines with antiproliferative and antiviral properties.They activate, via the Jak/Stat pathway, specific genes whose products are the mediators of the biological effects of IFNs. This is the case of PML (Promyelocytic leukemia), also known as TRIM19, which plays a central role in antiviral defense.PML belongs to the Tripartite Motif (TRIM) protein family, characterized by the presence of an N- terminal RBCC pattern, consisting of a RING domain, one or two B-boxes and a coiled-coil domain. PML was identified in acute promyelocytic leukemia, a disease caused by the chromosomal translocation t(15 ;17), which fuses the PML and RARA genes, leading to the synthesis of a chimeric protein PML-RARA . Arsenic trioxide (As2O3) targets the PML moiety of the oncogenic protein, resulting in its degradation and in the complete remission of patients.In healthy cells, PML transcripts derived from a single gene generate seven major isoforms of PML by alternative splicing, including six nuclear (PMLI to PMLVI) and one cytoplasmic (PMLVIIb). All share the same N-terminus but differ at their C-terminus, giving each isoform specific functions.PML is the organizer of a multi-protein structure called nuclear bodies (NBs) that are involved in various cellular processes such as apoptosis, protein degradation or antiviral defense.PML is covalently modified by SUMO at three lysine residues (K65, K160, K490) but also non-covalently via its SIM domain (for « SUMO Interacting Motif »). These modifications are required for the formation of functional NBs and the recruitment of partner proteins within them.The aim of my thesis was to study the differential role of the different PML isoforms in response to As2O3 and during viral infection.We have shown that the SIM PML SIM is necessary for its degradation in response to As2O3. This motif is present in all PML isoforms, except the nuclear PMLVI and the cytoplasmic PMLVIIb isoforms. The SIM of PML is not required for its SUMOylation and its interaction with RNF4 (the E3 ubiquitin ligase responsible for PML proteasome-dependent degradation). However, this motif is required for the ubiquitination of PML, the recruitment of proteasome components and the degradation of PML in response to As2O3.Concerning the antiviral properties of PML, the study that we conducted with all PML isoforms allowed us to show that only PMLIII and PMLIV confer resistance to Vesicular Stomatitis Virus (VSV). Whereas the antiviral activity of PMLIII is only observed at low multiplicity of infection (MOI) and is independent of IFN production, PMLIV has a potent anti-VSV activity, including at high MOI, which is mediated through two distinct mechanisms: (i) PMLIV inhibits the replication of VSV by an early and IFN-independent mechanism, (ii) PMLIV later increases the production of IFN-β via a stronger activation of IRF3, which is due to the specific sequestration of Pin1 by PMLIV within NBs. Both processes require the PMLIV SUMOylation. These results show that PMLIV has an intrinsic antiviral activity and is also involved in innate immunity by positively regulating the transduction pathway leading to IFN-β synthesis

Les isoformes de PML et la réponse au TGF-β

PML (promyelocytic leukemia) est la protéine organisatrice des corps nucléaires, une structure multiprotéique associée à la matrice nucléaire, impliquée dans différents processus cellulaires. Sept isoformes principales de PML, dont six nucléaires (PMLI à VI) et une cytoplasmique (PMLVII), sont générées par épissage alternatif d’un gène unique. D’une part, PML dans le cytoplasme régule positivement le signal de transduction donné par le TGF-β, en augmentant la phosphorylation des facteurs de transcription SMAD2/3 et, d’autre part, PML augmente dans le noyau l’activation de la caspase 8 et l’apoptose en réponse au TGF-β. L’absence de PML rend les cellules résistantes à l’apoptose induite par le TGF-β. Dans le noyau, PML est localisée majoritairement dans le nucléoplasme, une petite fraction étant cependant retrouvée dans la matrice nucléaire. Le TGF-β cible PML dans le noyau en induisant sa conjugaison à SUMO (small ubiquitin modifier), son transfert et celui de la caspase 8 vers la matrice nucléaire où les deux protéines se localisent au sein des corps nucléaires PML. Cette revue rend compte des implications de PML dans le cytoplasme et le noyau dans la réponse au TGF-β

Rôle différentiel des isoformes de PML en réponse au trioxyde d'arsenic et dans la défense antivirale

Les interférons (IFN) constituent une famille de cytokines aux propriétés antiprolifératives et antivirales. Ils activent, via la voie Jak/STAT, des gènes spécifiques dont les produits sont les médiateurs des effets biologiques des IFN. C est le cas de PML (Promyelocytic leukemia), appelée aussi TRIM19, qui joue un rôle central dans la défense antivirale. PML appartenant à la famille des protéines Tripartite Motif (TRIM), caractérisée par la présence en N-terminal d un motif RBCC, constitué d un domaine RING, d une ou de deux boites B et d un domaine coiled-coil. PML a été identifiée dans la leucémie aiguë promyélocytaire, une pathologie causée par la translocation chromosomique t(15 ;17) qui fusionne les gènes PML et RARA, aboutissant à la synthèse d'une protéine chimère PML-RARA. Le trioxyde d'arsenic (As2O3) cible la portion PML de la protéine oncogénique, entraînant sa dégradation et la rémission complète des patients. Dans les cellules saines, les transcrits PML issus d un gène unique génèrent par épissage alternatif 7 isoformes principales de PML, dont six sont nucléaires (PMLI à PMLVI) et une cytoplasmique (PMLVIIb). Toutes possèdent la même extrémité N-terminale mais diffèrent au niveau de leur extrémité C-terminale, conférant à chaque isoforme des fonctions spécifiques.PML est l organisatrice d une structure multi-protéique appelée corps nucléaires (CN), impliquée dans divers processus cellulaires tels que l apoptose, la dégradation des protéines ou encore la défense antivirale.PML est modifiée par SUMO de façon covalente au niveau de trois sites lysines (K65, K160, K490) et de façon non covalente, via son domaine SIM (pour SUMO Interacting Motif ). Ces modifications sont requises pour la formation de CN fonctionnels et le recrutement de protéines partenaires au sein de ceux-ci. Le but de ma thèse a été d étudier le rôle différentiel des différentes isoformes de PML en réponse à l As2O3 et suite à l infection virale. Nous avons montré que le SIM de PML est nécessaire à sa dégradation en réponse à l'As2O3. Ce motif est présent dans toutes les isoformes de PML, hormis l isoforme nucléaire PMLVI et l isoforme cytoplasmique PMLVIIb. Le SIM de PML n est pas requis pour sa SUMOylation et son interaction avec RNF4 (une E3 ubiquitine ligase responsable de la dégradation de PML via le protéasome). En revanche, ce motif est requis pour l ubiquitination de PML, le recrutement des composants du protéasome et sa dégradation en réponse à l As2O3. Concernant les propriétés antivirales de PML, l étude que nous avons menée avec toutes les isoformes de PML a permis de montrer que seules PMLIII et PMLIV confèrent une résistance au Virus de la Stomatite Vésiculaire (VSV). L effet antiviral de PMLIII n'est observé qu'à faible multiplicité d infection (MOI) et est indépendant de la production d IFN. Par contre, PMLIV exerce une puissante activité anti-VSV, y compris à forte MOI et s'exerce selon deux mécanismes distincts : (i) PMLIV inhibe la réplication du VSV par un mécanisme précoce indépendant de l IFN, (ii) PMLIV augmente tardivement la production d IFN-b via une plus forte activation d IRF3 qui est due à la séquestration spécifique de Pin1 au sein des CN par PMLIV. Ces deux processus nécessitent la SUMOylation de PMLIV. Ces résultats montrent que PMLIV exerce une activité antivirale intrinsèque et est impliquée dans l immunité innée en régulant positivement la voie de transduction conduisant à la synthèse d IFN-b.Interferons (IFNs) are a family of cytokines with antiproliferative and antiviral properties.They activate, via the Jak/Stat pathway, specific genes whose products are the mediators of the biological effects of IFNs. This is the case of PML (Promyelocytic leukemia), also known as TRIM19, which plays a central role in antiviral defense.PML belongs to the Tripartite Motif (TRIM) protein family, characterized by the presence of an N- terminal RBCC pattern, consisting of a RING domain, one or two B-boxes and a coiled-coil domain. PML was identified in acute promyelocytic leukemia, a disease caused by the chromosomal translocation t(15 ;17), which fuses the PML and RARA genes, leading to the synthesis of a chimeric protein PML-RARA . Arsenic trioxide (As2O3) targets the PML moiety of the oncogenic protein, resulting in its degradation and in the complete remission of patients.In healthy cells, PML transcripts derived from a single gene generate seven major isoforms of PML by alternative splicing, including six nuclear (PMLI to PMLVI) and one cytoplasmic (PMLVIIb). All share the same N-terminus but differ at their C-terminus, giving each isoform specific functions.PML is the organizer of a multi-protein structure called nuclear bodies (NBs) that are involved in various cellular processes such as apoptosis, protein degradation or antiviral defense.PML is covalently modified by SUMO at three lysine residues (K65, K160, K490) but also non-covalently via its SIM domain (for SUMO Interacting Motif ). These modifications are required for the formation of functional NBs and the recruitment of partner proteins within them.The aim of my thesis was to study the differential role of the different PML isoforms in response to As2O3 and during viral infection.We have shown that the SIM PML SIM is necessary for its degradation in response to As2O3. This motif is present in all PML isoforms, except the nuclear PMLVI and the cytoplasmic PMLVIIb isoforms. The SIM of PML is not required for its SUMOylation and its interaction with RNF4 (the E3 ubiquitin ligase responsible for PML proteasome-dependent degradation). However, this motif is required for the ubiquitination of PML, the recruitment of proteasome components and the degradation of PML in response to As2O3.Concerning the antiviral properties of PML, the study that we conducted with all PML isoforms allowed us to show that only PMLIII and PMLIV confer resistance to Vesicular Stomatitis Virus (VSV). Whereas the antiviral activity of PMLIII is only observed at low multiplicity of infection (MOI) and is independent of IFN production, PMLIV has a potent anti-VSV activity, including at high MOI, which is mediated through two distinct mechanisms: (i) PMLIV inhibits the replication of VSV by an early and IFN-independent mechanism, (ii) PMLIV later increases the production of IFN-b via a stronger activation of IRF3, which is due to the specific sequestration of Pin1 by PMLIV within NBs. Both processes require the PMLIV SUMOylation. These results show that PMLIV has an intrinsic antiviral activity and is also involved in innate immunity by positively regulating the transduction pathway leading to IFN-b synthesis.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Interferon, restriction factors and SUMO pathways

International audienceSUMOylation is a reversible post-translational modification that regulates several cellular processes including protein stability, subcellular localization, protein–protein interactions and plays a key role in the interferon (IFN) pathway and antiviral defense. In human, three ubiquitously expressed SUMO paralogs (SUMO1, 2 and 3) have been described for their implication in both intrinsic and innate immunity. Differential effects between SUMO paralogs are emerging such as their distinctive regulations of IFN synthesis, of IFN signaling and of the expression and function of IFN-stimulated gene (ISG) products. Several restriction factors are conjugated to SUMO and their modifications are further enhanced in response to IFN. Also, IFN itself was shown to increase global cellular SUMOylation and requires the presence of the E3 SUMO ligase PML that coordinates the assembly of PML nuclear bodies. This review focuses on differential effects of SUMO paralogs on IFN signaling and the stabilization/destabilization of ISG products, highlighting the crosstalk between SUMOylation and other post-translational modifications such as ubiquitination and ISGylation

TGF-β induces PML SUMOylation, degradation and PML nuclear body disruption

International audienc

Implication des corps nucléaires PML dans l’immunité intrinsèque et innée

PML (promyelocytic leukemia), appelée aussi TRIM19 (tripartite motif protein 19), est une protéine impliquée dans l’organisation des corps nucléaires PML (CN PML). Ces structures multiprotéiques sont associées à la matrice nucléaire ; elles recrutent un grand nombre de protéines et sont impliquées dans divers processus cellulaires, dont la défense antivirale. La conjugaison de PML à SUMO (small ubiquitin modifier) est requise pour la formation et la fonction des CN PML. Plusieurs isoformes de PML sont exprimées à partir d’un gène unique ; toutes possèdent une région carboxy-terminale spécifique, qui leur permet d’interagir avec des partenaires différents et leur confère ainsi des fonctions propres. Certaines sont douées d’une activité antivirale, permettant à PML de jouer un rôle clé dans l’immunité antivirale intrinsèque. PML est aussi un important régulateur de la réponse interféron déclenchée lors d’une infection virale. Dans cette revue, nous discutons l’implication des isoformes de PML dans la réponse interféron et la défense antivirale, à l’interface des immunités intrinsèque et innée

Rhabdoviruses, Antiviral Defense, and SUMO Pathway

WOS:000455313100025Small Ubiquitin-like MOdifier (SUMO) conjugation to proteins has essential roles in several processes including localization, stability, and function of several players implicated in intrinsic and innate immunity. In human, five paralogs of SUMO are known of which three are ubiquitously expressed (SUMO1, 2, and 3). Infection by rhabdoviruses triggers cellular responses through the activation of pattern recognition receptors, which leads to the production and secretion of interferon. This review will focus on the effects of the stable expression of the different SUMO paralogs or Ubc9 depletion on rhabdoviruses-induced interferon production and interferon signaling pathways as well as on the expression and functions of restriction factors conferring the resistance to rhabdoviruses

Implication of PMLIV in Both Intrinsic and Innate Immunity

International audiencePML/TRIM19, the organizer of nuclear bodies (NBs), has been implicated in the antiviral response to diverse RNA and DNA viruses. Several PML isoforms generated from a single PML gene by alternative splicing, share the same N-terminal region containing the RBCC/tripartite motif but differ in their C-terminal sequences. Recent studies of all the PML isoforms reveal the specific functions of each. The knockout of PML renders mice more sensitive to vesicular stomatitis virus (VSV). Here we report that among PML isoforms (PMLI to PMLVIIb), only PMLIII and PMLIV confer resistance to VSV. Unlike PMLIII, whose anti-VSV activity is IFN-independent, PMLIV can act at two stages: it confers viral resistance directly in an IFN-independent manner and also specifically enhances IFN-b production via a higher activation of IRF3, thus protecting yet uninfected cells from oncoming infection. PMLIV SUMOylation is required for both activities. This demonstrates for the first time that PMLIV is implicated in innate immune response through enhanced IFN-b synthesis. Depletion of IRF3 further demonstrates the dual activity of PMLIV, since it abrogated PMLIV-induced IFN synthesis but not PMLIV-induced inhibition of viral proteins. Mechanistically, PMLIV enhances IFN-b synthesis by regulating the cellular distribution of Pin1 (peptidyl-prolyl cis/trans isomerase), inducing its recruitment to PML NBs where both proteins colocalize. The interaction of SUMOylated PMLIV with endogenous Pin1 and its recruitment within PML NBs prevents the degradation of activated IRF3, and thus potentiates IRF3-dependent production of IFN-b. Whereas the intrinsic antiviral activity of PMLIV is specific to VSV, its effect on IFN-b synthesis is much broader, since it affects a key actor of innate immune pathways. Our results show that, in addition to its intrinsic anti-VSV activity, PMLIV positively regulates IFN-b synthesis in response to different inducers, thus adding PML/ TRIM19 to the growing list of TRIM proteins implicated in both intrinsic and innate immunity