Peroxisomes and viral infections: antiviral defense and beyond

Abstract

Peroxisomes are multifunctional intracellular organelles, crucial for different physiological and pathological processes. Recently, MAVS (mitochondrial antiviral signaling), the mitochondrial adaptor protein essential for the RLR (retinoic acid inducible gene I-like receptors)-mediated antiviral defense was identified at peroxisomes. Upon infection, viral RNA is recognized by RLRs which induce a signaling cascade that initiates with MAVS activation at both mitochondria and peroxisomes. This culminates with the production of antiviral effectors, such as type I IFNs (interferons) and ISGs (IFN-stimulated genes) that prevent viral replication and dissemination. It has been demonstrated that peroxisomal and mitochondrial MAVS act together in a complementing manner: peroxisomal MAVS induces a rapid but short-term response, while mitochondrial MAVS leads to a delayed but long-lasting antiviral response. The aim of this work was to understand the importance of peroxisomes in the cellular antiviral defense and in viral infections. The results presented in this thesis prove that HCV (hepatitis C virus) NS3-4A and HCMV (human cytomegalovirus) vMIA target peroxisomes to inhibit peroxisomal MAVSdependent antiviral signaling, impairing the production of ISGs. We show that NS3-4A inhibits peroxisomal-dependent signaling through the cleavage of peroxisomal MAVS cytosolic domain. We also show that vMIA interacts with peroxisomal MAVS, inhibiting its oligomerization and impairing the downstream signaling. Additionally, vMIA induces peroxisomal fragmentation, which we prove to be independent of the vMIA-mediated peroxisomal MAVS inhibition. Moreover, we show that vMIA is dependent of MFF, an adaptor protein of peroxisomal fission machinery, and we demonstrate that MFF mediates the interaction between vMIA and peroxisomal MAVS. Finally, we present an interactome of protein-protein interactions between human viruses and peroxisomes, revealing that distinct viruses target peroxisomal proteins. A detailed analysis of the identified interaction revealed that lipid metabolism may be the main peroxisomal function exploited by viruses, possibly to enhance viral infection, or for cellular host defense. Altogether, these results enforce the role of peroxisomes as platforms for RLR signaling and, moreover, suggest that their importance for viral infection may go beyond the antiviral defense. Further studies are proposed to better disclose the role of peroxisomes in viral infection, which can ultimately lead to the discovery of novel targets for the development antiviral therapeutics.

Os peroxissomas são organelos intracelulares multifuncionais, cruciais para diferentes processos fisiológicos e patológicos. Recentemente, a MAVS, proteína adaptadora mitocondrial essencial para a defesa antiviral mediada pelos recetores RLR, foi identificada nos peroxissomas. Após infeção, o ácido ribonucleico viral é reconhecido pelos recetores RLRs que induzem uma cascata de sinalização que se inicia com a ativação da MAVS, tanto nas mitocôndrias como nos peroxissomas, culminando com a produção de efetores antivirais, tais como interferões do tipo I e genes induzidos pelos interferões (ISGs), que impedem a replicação e disseminação viral. Foi demonstrado que as MAVS peroxissomais e mitocondriais atuam de forma complementar: a MAVS peroxissomal induz uma resposta rápida, mas de curto prazo, enquanto que a MAVS mitocondrial leva a uma resposta antiviral tardia, porém duradoura. O objetivo deste trabalho foi compreender a importância dos peroxissomas na defesa antiviral celular e nas infeções virais. Os resultados apresentados nesta tese provam que a NS3-4A do vírus da hepatite C (HCV) e a vMIA do citomegalovírus humano (HCMV) exploram os peroxissomas para inibir a sinalização antiviral dependente da MAVS, impedindo a produção dos ISGs. Mostramos que a NS3-4A inibe a sinalização dependente dos peroxissomas através da clivagem do domínio citosólico da MAVS e também mostramos que a vMIA interage com a MAVS peroxissomal, inibindo a sua oligomerização e impedindo a sinalização a jusante. Para além disso, a vMIA induz a fragmentação peroxissomal, que provamos ser independente da inibição da sinalização antiviral. Mostramos também que a vMIA é dependente da MFF, uma proteína adaptadora da fissão peroxissomal, e demonstramos que a MFF medeia a interação entre a vMIA e a MAVS peroxissomal. Finalmente, apresentamos um interatoma das interações proteína-proteína entre vírus humanos e peroxissomas, revelando que vírus distintos interagem com diferentes proteínas peroxissomais. Uma análise detalhada das interações identificadas revelou que o metabolismo lipídico pode ser a principal função peroxissomal explorada pelos vírus, possivelmente para aumentar a infeção viral, ou para a defesa do hospedeiro celular. Em conjunto, estes resultados reforçam o papel dos peroxissomas como plataformas para a sinalização dos RLRs e, além disso, sugerem que a sua importância para a infeção viral pode ir além da defesa antiviral. Novos estudos são propostos para compreender melhor o papel dos peroxissomas na infeção viral, o que pode levar à descoberta de novos alvos para o desenvolvimento de terapias antivirais.