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Home > Human Retrovirology > Viral protein R (Vpr)
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Viral protein R (Vpr)
La protéine virale R (Vpr) : une protéine virale causant un stress génotoxique
Vpr est une protéine de 96 acides aminés qui est incorporée dans les virions  matures du VIH-1. Cette protéine virale contribue à l’infection et à la persistance virales en jouant un rôle essentiel dans deux aspects distincts de l’interaction entre le VIH-1 et les cellules cibles hôtes. En premier lieu, Vpr bloque les cellules en phase G2 du cycle cellulaire en activant la kinase ATR, sensible au stress et aux dommages dans l’ADN. Tandis qu’un blocage en G2 par Vpr a sans doute pour effet d’intensifier la réplication du VIH — la transcription virale étant plus active en G2 —, il est également possible que l’activation d’ATR ait d’autres conséquences fonctionnelles. Nous avons récemment démontré que Vpr, comme Vif et Vpu, recrute une culline-ring E3 ubiquitine ligase modulaire, dans ce cas-ci le complexe DDB1-CUL4A-DCAF1 E3 ligase, via la protéine adapteur DCAF1 (facteur associé à DDB1 et à CUL4), pour provoquer un blocage en G2. Cette constatation ainsi que des données plus récentes évoquent la possibilité que la Vpr puisse servir de connecteur entre le complexe DDB1-CUL4A-DCAF1 E3 ligase et un ou plusieurs facteurs cellulaires inconnus de qui l’ubiquitination et la dégradation entraîneraient l’activation d`ATR et un blocage en G2. Une compréhension détaillée des interactions Vpr-DCAF1 et l’identification du ou des substrats ciblés pour la dégradation par Vpr demeurent cruciales pour comprendre l’effet de Vpr sur l’activation d’ATR et son utilité fonctionnelle. En plus de provoquer un blocage en G2, la protéine Vpr du VIH-1 facilite l’infection de macrophages et de cellules dendritiques (CD), qui sont reconnus comme des réservoirs viraux critiques et des facteurs importants de la pathogénie du VIH. Fait intéressant, des données récentes indiquent que Vpx du VIH-2/SIVsm, un paralogue de Vpr du VIH, favorise l’infection de macrophages en surmontant une restriction, laquelle empêche la réalisation d’une transcription inverse efficace. Il importe de noter que Vpx, à l’instar de Vpr, lie le DCAF1 et que la capacité de Vpx du SIV à interagir avec le complexe DDB1-CUL4A-DCAF1 E3 ligase est essentielle pour faciliter l’infection des macrophages par le VIH/SIVsm. Cependant, l’identité du ou des facteurs de restriction de la cellule hôte régulés par la Vpr/Vpx et faisant obstacle à une réplication virale efficace dans les macrophages reste inconnue. Enfin, en plus de sa fonction à l’intérieur des cellules infectées, Vpr exerce aussi un  rôle extracellulaire — récemment découvert — d’effecteur de la pathogénie. Vpr est incorporée en quantité importante dans les virions infectieux et défectifs, et peut être détectée dans le sérum et le liquide céphalorachidien des patients infectés par le VIH. Fait important, des études in vitro indiquent  que la protéine  Vpr extracellulaire (associée aux  virions et dans ses formes solubles) agit comme un effecteur de réponses cellulaires, y compris le blocage en G2, l’apoptose et la permissivité accrue des macrophages à une réplication de virus défectif pour Vpr, grâce à sa capacité de transduire de multiples types de cellules. Par conséquent, la persistance du VIH-1 et ultimement sa pathogénie sont en partie intimement liées aux activités biologiques de Vpr.

Nos études actuelles sur la protéine Vpr du VIH-1 visent à déterminer si cette protéine recrute le complexe DDB1-CUL4A-DCAF1 E3 ligase pour promouvoir la dégradation de une ou plusieurs protéines des cellules hôtes intervenant dans les réponses aux stress/dommages dans l’ADN ou dans la restriction de la réplication virale à l’intérieur des macrophages.

Quelques-unes des questions examinées par nos études en cours :

  • Quelle est l’architecture du complexe Vpr- DDB1-CUL4A-DCAF1 et dans quel site intracellulaire s’assemble-t-il pour vraisemblablement induire l’ubiquitination d’un facteur de l’hôte ?
  • Quelles protéines de la cellule hôte le complexe Vpr- DDB1-CUL4A-DCAF1 E3 ligase dégrade-t-il pour induire l’activation de l’ATR et un blocage en G2 ?
  • Quelle est l’utilité fonctionnelle de l’activation de la signalisation d’ATR par Vpr durant l’infection au VIH ? Est-ce qu’un stress génotoxique induit par Vpr régule à la hausse les ligands du récepteur activateur NKG2D ? Quelles en sont les conséquences sur les cellules NK et les autres fonctions des cellules immunitaires ?
  • Quels facteurs de restriction cellulaires régulés par la Vpr/Vpx viennent bloquer l’infection au VIH-1 dans les macrophages ?

Viral protein R (Vpr): a viral protein inducing genotoxic stress
Viral protein R (Vpr) is a 96 amino-acids protein that is packaged into mature HIV-1 virions. Vpr contributes to HIV-1 infection and persistence by playing a critical role in two distinct aspects of the interaction between HIV-1 and host target cells. First, Vpr arrests cells in the G2 phase of the cell-cycle by activating the DNA stress/damage-sensing kinase ATR. While G2 arrest by Vpr is believed to enhance HIV replication since viral transcription is more active in G2, it is also possible that ATR activation may have other functional consequences. We recently demonstrated that Vpr, like Vif and Vpu, engages a modular cullin-ring ubiquitin E3 ligase, in this case the DDB1-CUL4A-DCAF1 E3 ligase complex, via the substrate specificity receptor DCAF1 (DDB1- and CUL4-associated Factor), in order to induce a G2 arrest. This finding as well as more recent results raise the possibility that Vpr could act as a connector between the DDB1-CUL4A-DCAF1 E3 ligase complex and an unknown cellular factor(s) whose ubiquitination and degradation would lead to ATR activation and G2 arrest. A detailed understanding of Vpr-DCAF1 interactions and the identification of the substrate(s) targeted for degradation by Vpr remain central to understanding the effect of Vpr on ATR activation and its functional relevance. In addition to G2 arrest, HIV-1 Vpr facilitates infection of macrophages and dendritic cells (DC), which are considered critical viral reservoirs and major contributors of HIV pathogenesis. Interestingly, recent evidence indicates that HIV-2/SIVSM Vpx, a paralogue of HIV-1 Vpr, promotes infection of macrophage by antagonizing a host restriction, which prevents efficient reverse transcription. Importantly, Vpx, like Vpr, binds DCAF1 and the ability of SIV Vpx to interact with the DDB1-CUL4A-DCAF1 E3 ligase complex is essential for promoting HIV/SIVSM infection of macrophage. However, the identity of the Vpr/Vpx-regulated host cell restriction factor(s) that interferes with efficient virus replication in macrophage remains unknown. Finally, in addition to its function within infected cells, the role of extracellular Vpr as an effector of pathogenesis has also recently emerged. Vpr is packaged in significant amounts in infectious and defective virions and it can be detected in the serum and cerebrospinal fluid of HIV-infected patients. Importantly, in vitro studies implicate extracellular Vpr (virion-associated and soluble forms) as an effector of cellular responses, including G2-arrest, apoptosis and increased permissiveness of macrophages to Vpr-defective virus replication, through its ability to transduce into multiple cell types. Thus, the persistence of HIV-1 and ultimately its pathogenesis are in part intrinsically tied to the biological activities of Vpr.

Our current investigation on HIV-1 Vpr are aimed at investigating whether  HIV-1 Vpr engages the DDB1-CUL4A-DCAF1 E3 ligase complex to promote degradation of host cell protein(s) that are involved in DNA stress/damage responses or/and in restricting virus replication in macrophages.

Some questions addressed in ongoing studies:

  • What is the architecture of the Vpr- DDB1-CUL4A-DCAF1complex and what is the subcellular location where it assembles to presumably induce the ubiquitination of a host factor?
  •  What is the  host cell protein(s) targeted for degradation by the Vpr- DDB1-CUL4A-DCAF1 E3 ligase complex to induce ATR activation and G2 arrest?
  • What is the functional relevance of Vpr-activation of ATR-signalling during HIV infection? Does Vpr-induced genotoxic stress up-regulates ligands of the activating NKG2D receptor? What are the implications on NK and other immune cells functions?
  • What is the Vpr/Vpx-regulated cellular restriction factor(s) suppressing HIV-1 infection in macrophages?
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