Regulation of the RIG-I/MAVS antiviral and apoptotic signaling pathways

• Main Author: Nakhaei, Peyman
• Other Authors: John Hiscott (Internal/Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2011
• Subjects: Biology - Virology
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=96777

The success of the antiviral response by the host relies on several families of pathogen recognition receptors (PRRs) and sensors that recognize structures conserved among microbial species, culminating in the production of cytokines and chemokines to combat viral infection and signal the formation of an effective adaptive response. At the cellular level, the production of type I interferon (IFN) is regulated at multiple levels. The synergistic action of activated transcription factors such as AP-1, NF-kB and IRFs on the promoters of type I IFN genes triggers the immediate early IFN response, that is further amplified by the JAK-STAT signaling pathway. Thus far, three main families of PRRs have been identified: The transmemebrane Toll-like receptors (TLRs), the cytosolic Nod-like receptors (NLRs) and the RIG-I-like receptors (RLRs). In addition, cytosolic sensors of double-stranded dsDNA have been shown to play an important role in triggering type I IFN and caspase-1 inflammmasome pathways. Throughout the pathogen-host co-evolution, viruses have evolved numerous mechanisms to subvert the antiviral response, as well as prevent host cell apoptosis to promote virus propagation. As a consequence, the development of effective antiviral strategies requires in depth knowledge of IFN and apoptotic signaling pathways. Thus, our first objective was to identify regulators of RNA virus signaling pathways. In our first study, we establish Triad3A, a previously described negative regulator of TLR and TNFR, as an important molecule modulating the RIG-I/MAVS signaling pathway by proteasomal-mediated degradation of the adaptor molecule TRAF3. The second objective of our study was to provide a link between host cell-mediated apoptosis and host cell-mediated antiviral response. The results from our second study demonstrate that the establishment of a complete antiviral response requires pro-apoptotic proteins Bax and Bak-induced cell death in response to RNA virus infection. Therefore, the final aim of this thesis project was to identify apoptotic regulators of the RIG-I signaling pathway. Our third study demonstrates that the noncanonical kinases TBK1/IKKepsilon directly phosphorylate and regulate XIAP protein levels, which in turn regulates IRF-3-Bax-mediated apoptosis. Overall, these studies highlight important regulatory mechanisms and links between apoptotic signaling and the antiviral response that may provide a future avenue for more efficacious vaccines and therapies. === Le succès de la réponse antivirale de l'hôte repose sur plusieurs familles de récepteurs qui reconnaissent des structures conservées d'agents pathogènes (PRRs) et qui abouti à la production de cytokines et de chimiokines pour lutter contre l'infection virale et induire une réponse antivirale acquise. Au niveau cellulaire, la production d'interféron (IFN) de type I est régulé à plusieurs niveaux. L'action synergique des facteurs de transcription activés tels que AP-1, NF-kB et IRF sur les promoteurs des gènes de l'IFN de type I déclenche une réponse immédiate qui est amplifiée par la voie de signalisation JAK-STAT. Jusqu'à présent, trois grandes familles de récepteurs d'agents pathogènes ont été identifiés: les récepteurs transmembranaire Toll-like (TLR), les récepteurs cytosolique Nod-like (NLR) et les récepteurs cystosolique RIG-I-like (RLR). De plus, il a été montré que des récepteurs cytosoliques reconaissant le double brin d'ADN jouent un rôle important dans le déclenchement de la réponse IFN de type I et les voies de signalisation inflammatoire reliées à la caspase-1. Au cours de l'évolution, les virus ont developpé de nombreux mécanismes pour échapper à la réponse antivirale et bloquer l'apoptose de la cellule hôte pour ainsi promouvoir la propagation du virus. En conséquence, le développement de stratégies antivirales efficaces exige une connaissance approfondie des voies de signalisation de l'IFN et de l'apoptose. Ainsi, notre premier objectif était d'identifier des régulateurs des voies de signalisation activées par les virus à ARN. Dans notre première étude, nous établissons que Triad3A, un régulateur negatif de la signalisation des TLR et TNFR décrit précédement, module la voie de signalisation RIG-I/MAVS par la dégradation protéomique de la molecule adapteur TRAF3. Le deuxième objectif de notre étude était d'établir un lien entre l'apoptose cellulaire et la réponse antivirale. Les résultats de notre deuxième étude montrent qu'une réponse antivirale complète dépend de la mort cellulaire induite par les protéines pro-apoptotiques Bax et Bak suite à une infection par un virus à ARN. Par conséquent, l'objectif final de ce projet de thèse était d'identifier des protéines régulant l'apoptose induite par la voie de signalisation RIG-I. Notre troisième étude montre que les kinases non-canoniques TBK1/IKKepsilon phosphorylent directement et régulent le niveau de la protéine XIAP, qui à son tour régule l'apoptose causée par IRF-3-Bax. Globalement, ces études mettent en lumière d'importants mécanismes de régulation et des liens entre la signalisation apoptotique et la réponse antivirale qui pourrait permettre le dévelopment de vaccins et de thérapies plus efficaces.