Intasome architecture and chromatin density modulate retroviral integration into nucleosome

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Intasome architecture and chromatin density modulate retroviral integration into nucleosome.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25807893

Retrovirology. 2015 Feb 7;12(1):13. doi: 10.1186/s12977-015-0145-9.

Mohamed Salah Benleulmi1, Julien Matysiak1, Daniel Rodrigo Henriquez2, Cédric Vaillant3, Paul Lesbats1,8, Christina Calmels1, Monica Naughtin4,9, Oscar Leon2, Anna Marie Skalka5, Marc Ruff6, Marc Lavigne3,7, Marie-Line Andreola1 and Vincent Parissi1*

1-Fundamental Microbiology and Pathogenicity laboratory, UMR 5234, CNRS, University of Bordeaux, SFR sbm, Bordeaux, France.
2-Virology program, ICBM, Faculty of Medicine, University of Chile, Santiago of Chile, Chile.
3-Laboratoire de Physique, CNRS UMR 5672, Ecole Normale Supérieure, Lyon, France.
4-Laboratoire Joliot-Curie, CNRS USR3010, Ecole Normale Supérieure, Lyon, France.
5-Fox Chase Cancer Center, Philadelphia, US.
6-IGBMC (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire), Département de Biologie Structurale intégrative, UDS, U596 INSERM, UMR7104, CNRS, Strasbourg, France.
7-Institut Pasteur, Unité de virologie moléculaire et vaccinologie, UMR 3569, CNRS, Paris, France.
# Current address:
8-Cancer Research UK, London Research Institute, Clare Hall Laboratories, Potters Bar, UK
9-Institut Cochin, INSERM U1016, CNRS UMR8104, Paris, France*Corresponding author

La structure et la dynamique chromatinienne modulent l’intégration rétrovirale :

L’intégration du génome rétroviral dans l’ADN de l’hôte requière l’association fonctionnelle entre l’intasome (complexe formé entre l’intégrase, IN et l’ADN viral) et la chromatine. Nous montrons ici que l’impact de la structure de la chromatine et de la densité nucléosomale sur l’intégration varie selon le rétrovirus. En effet, l’intégration des virus VIH-1 et ASV est défavorisée dans des structures chromatiniennes compactes et denses alors que pour MLV et PFV ce processus est au contraire fortement favorisé. Des analyses biochimiques et structurales suggèrent fortement que cette différence de sensibilité est reliée aux contraintes physiques intrinsèques des intasomes qui favorisent, ou défavorisent, une association fontionnelle avec le nucléosome. Nos études montrent, en particulier, que l’intégration du VIH-1 nécessite des activités de remodelage et des interactions IN/nucléosomes additionnelles pour une efficacité optimale. Ces résultats éclaircissent l’étape finale d’association entre l’intasome et le nucléosome, processus critique dans la réplication du virus et cible antivirale potentielle. Par ailleurs, nos résultats offrent une possibilité d’améliorer et sécuriser les approches de transgenèse et de thérapie génique utilisant des vecteurs lentiviraux en dévoilant un levier potentiel pour contrôler et cibler le transfert de gènes d’intérêt dans une région chromatinienne adaptée.

Abstract:

Retroviral integration depends on the interaction between intasomes, host chromatin and cellular targeting cofactors as LEDGF/p75 or BET proteins.  Previous studies indicated that the retroviral integrase, by itself, may play a role in the local integration site selection within nucleosomal target DNA. We focused our study on this local association by analyzing the intrinsic properties of various retroviral intasomes to functionally accommodate different chromatin structures in the lack of other cofactors. Using in vitro conditions allowing the efficient catalysis of full site integration without these cofactors, we show that distinct retroviral integrases are not equally affected by chromatin compactness. Indeed, while PFV and MLV integration reactions are favored into dense and stable nucleosomes, HIV-1 and ASV concerted integration reactions are preferred into poorly dense chromatin regions of our nucleosomal acceptor templates. Predicted nucleosome occupancy around integration sites identified in infected cells suggests the presence of a nucleosome at the MLV and HIV-1 integration sites surrounded by differently dense chromatin. Further analyses of the relationships between the in vitro integration site selectivity and the structure of the inserted DNA indicate that structural constraints within intasomes could account for their ability to accommodate nucleosomal DNA and could dictate their capability to bind nucleosomes functionally in these specific chromatin contexts. Thus, both intasome architecture and compactness of the chromatin surrounding the targeted nucleosome appear important determinants of the retroviral integration site selectivity. This supports a mechanism involving a global targeting of the intasomes toward suitable chromatin regions followed by a local integration site selection modulated by the intrinsic structural constraints of the intasomes governing the target DNA bending and dictating their sensitivity toward suitable specific nucleosomal structures and density.

Contact :
Vincent Parissi – UMR CNRS 3254 / vincent.parissi@u-bordeaux.fr

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