Role of the cellular decapping activator LSM1-7 complex in the replication of positive-strand RNA viruses

By using the ability of the positive-strand RNA ((+)RNA) virus BMV to replicate in yeast it was previously shown that subunits of the LSm1-7 ring, as well as Pat1 and Dhh1 play an essential role in the transit of the BMV genome from translation to replication. In non-infected cells, these proteins mediate the transition of cellular mRNAs from a translational to a non-translational state by activating decapping in the 5'-3' - deadenylation-dependent mRNA decay pathway. Given the conservation of this pathway from yeast to humans and the common need of all (+)RNA viruses to regulate the transition of their genomes from active translation to a translationally inactive state to allow replication, an exciting possibility, and our working hypothesis, was that LSm1-7, Dhh1 and Pat1 are used not only by BMV to replicate in yeast but also by human (+) RNA viruses, such as HCV, to replicate in mammalian cells. Furthermore, given the key role of these proteins in a common step to all (+)RNA viruses, it is essential to characterize the not yet defined molecular mechanisms associated with such function. In this regard, we also hypothesized that the LSm1-7 complex, as member of the Sm family of proteins, would directly interact with viral genomes of (+)RNA viruses in order to play their role in the virus life cycle in a similar way that other family counterparts directly interact with their RNA targets in order to achieve their different cellular functions. In this work we were able to confirm both hypothesis showing that human homologues of the upper mentioned proteins LSm1-7, Rck/p54 and PatL1, are required for HCV RNA translation and replication. Additionally, we also showed that reconstituted LSm1-7 complexes specifically recognize important signals, either in BMV or HCV genomes, that regulate their translation and/or replication. These observations constitute the first evidence that the LSm1-7 complex is able to directly interact with viral genomes representing also novel LSm1-7 interaction sites. Given the common replication strategies of (+)RNA viruses and the conserved cellular functions of LSm1-7, Pat1 and Dhh1 from yeast to humans, our findings pinpoint a weak spot that may be exploited to generate broad-spectrum antiviral drugs.Utilizando la capacidad del BMV, un virus de ARN de cadena positiva (ARN(+)), para replicar en levaduras se ha demostrado previamente que las subunidades del anillo LSm1-7, así como Pat1 y Dhh1, desempeñan un papel esencial en la transición del genoma del virus de BMV desde traducción a replicación. En células no infectadas, estas proteínas median la transición de ARNm celulares de la traducción a un estado de no-traducción mediante la activación del proceso de decapping en la via 5'-3' de degradación de los ARNs celulares dependiente de deadenilación. Teniendo en cuenta la conservación de esta vía desde levaduras a humanos y la necesidad común de todos los virus ARN(+) para regular la transición de sus genomas desde un estado activo de traducción a otro no activo para permitir la replicación, una posibilidad interesante, y nuestra hipótesis de trabajo, es que LSm1-7, Dhh1 y Pat1 son utilizadas no solo por BMV para replicar en levaduras, sino también por otros virus ARN(+) que infectan a humanos, como el virus de la hepatitis C, para replicar en células de mamíferos. Por otra parte, dado el papel clave de estas proteínas en un paso común en todos los virus de ARN(+), es esencial caracterizar los mecanismos moleculares aun no conocidos y asociados a dicha función. En este sentido, también estudiamos la hipótesis de que el complejo LSm1-7, como miembro de la familia de proteínas Sm, pueda interactuar directamente con los genomas virales de virus de ARN(+) con el fin de desempeñar su papel en el ciclo de vida del virus de una manera similar a la que otros miembros de su familia interactúan con sus ARN con el fin de lograr sus diferentes funciones celulares. En este trabajo hemos podido confirmar ambas hipótesis demostrando que los homólogos humanos de las proteínas anteriormente mencionadas, LSm1-7, Rck/p54 y PatL1, son necesarios para la traducción y replicación del ARN del virus de la Hepatitis C. Por otra parte, los anillos reconstituidos de LSm1-7 reconocen específicamente señales importantes, tanto en el genoma de BMV como en el de la Hepatitis C que regulan su traducción y/o replicación. Estas observaciones constituyen la primera evidencia de que el complejo LSm1-7 es capaz de interactuar directamente con genomas virales y representan también novedosos patrones de interacción de este complejo con ARN. Teniendo en cuenta las estrategias de replicación en común de los virus de ARN de cadena positiva y las funciones celulares conservadas de LSm1-7, Pat1 y Dhh1 de levaduras a humanos, nuestros resultados señalan la posibilidad de explotar estas proteínas para la generación de medicamentos antivirales de amplio espectro

LSm1-7 complexes bind to specific sites in viral RNA genomes and regulate their translation and replication

LSm1-7 complexes promote cellular mRNA degradation, in addition to translation and replication of positive-strand RNA viruses such as the Brome mosaic virus (BMV). Yet, how LSm1-7 complexes act on their targets remains elusive. Here, we report that reconstituted recombinant LSm1-7 complexes directly bind to two distinct RNA-target sequences in the BMV genome, a tRNA-like structure at the 3'-untranslated region and two internal A-rich single-stranded regions. Importantly, in vivo analysis shows that these sequences regulate the translation and replication of the BMV genome. Furthermore, both RNA-target sequences resemble those found for Hfq, the LSm counterpart in bacteria, suggesting conservation through evolution. Our results provide the first evidence that LSm1-7 complexes interact directly with viral RNA genomes and open new perspectives in the understanding of LSm1-7 functions.This work was supported by grants from the Spanish Ministerio de Educación y Ciencia (BFU2007-66933/BMC) and the German Research Foundation (DFG-FOR855). I.A.-R. and D.L. were supported by Fundaçao para a Ciência e Tecnología (SARH/BD/9630/2002; SFRH/BD/37047/2007