# Structure de la ribonucléoprotéine du virus de la grippe - Un modèle pour comprendre la machinerie de la réplication virale

Allison Ballandras-Colas, Alice J Stelfox, Rob W.H. Ruigrok, Thibaut Crépin

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Allison Ballandras-Colas, Alice J Stelfox, Rob W.H. Ruigrok, Thibaut Crépin. Structure de la ribonu-
cléoprotéine du virus de la grippe - Un modèle pour comprendre la machinerie de la réplication virale.
Médecine/Sciences, 2026, 42 (1), pp.9-12. 10.1051/medsci/2025241. hal-05532477

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Submitted on 2 Mar 2026

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# Structure de la ribonucléoprotéine du virus de la grippe

## Un modèle pour comprendre la machinerie de la réplication virale

Allison Ballandras-Colas, Alice J. Stelfox, Rob W.H. Ruigrok, Thibaut Crépin

Université Grenoble Alpes, CNRS, Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Institut de biologie structurale, Grenoble, France.
allison.ballandras-colas@ibs.fr

> L'analyse structurale récente du complexe ribonucléoprotéique (RNP) du virus de la grippe, l'entité minimale nécessaire à la réplication et à la transcription de l'ARN génomique viral, par cryo-microscopie électronique (cryoME) avec une résolution de 5,1 Å, et par cryo-tomographie électronique (cryoTE), permet de proposer un modèle de l'architecture de la RNP et du mécanisme de réplication virale, ainsi que des possibles cibles antivirales [1].

Le virus influenza, ou virus de la grippe, est un agent pathogène respiratoire très contagieux, responsable d'épidémies saisonnières et de pandémies occasionnelles, posant un problème de santé publique majeur [2]. Les stratégies actuelles de vaccination et de traitement ciblent principalement les protéines d'enveloppe du virus, qui sont fréquemment l'objet de mutations réduisant l'efficacité des traitements disponibles [3]. Un traitement innovant ciblant la machinerie réplicative du virus, le baloxavir marboxil, vient récemment d'être approuvé par la commission européenne<fnref n="1" />. Néanmoins, dans le contexte actuel de l'épidémie de grippe aviaire et du risque de transmission inter-espèces du virus responsable H5N1 (dont la transmissibilité au bétail a été montrée aux États-Unis) [4], il apparaît urgent de développer des vac-

cins et des médicaments antiviraux à large spectre.

Les virus influenza appartiennent à la famille des Orthomyxoviridae, un groupe de virus à ARN segmenté et de sens négatif<fnref n="2" />, et sont classés par types : A, B, C et D. Leur génome est constitué de sept (types C et D) ou huit (types A et B) segments d'ARN. Chaque segment est encapsidé par une multitude de copies de la nucléoprotéine virale (NP) et lié à l'ARN polymérase virale (FluPol), un complexe enzymatique hétérotrimérique composé des sous-unités PA, PB1 et PB2. Cet arrangement forme la ribonucléoprotéine (RNP) et assure la transcription et la réplication du génome viral dans la cellule hôte (Figure 1A). Les RNP constituent donc une cible prometteuse, à multiples facettes, pour le développement de médicaments antiviraux. Cependant, les mécanismes moléculaires d'assemblage des RNP, et de la transcription et réplication du génome viral dans le contexte des RNP restent à élucider.

La flexibilité des RNP complique leur analyse structurale. La description, en 2012, de la structure des RNP isolées à partir du virus A/WSN/33 (H1N1) ou produites par mini-réplicon dérivé du virus A/Puerto Rico/8/1934 (H1N1) [5, 6], a conforté l'hypothèse d'une conforma-

tion hélicoïdale à double brin antiparallèle [7], se terminant par une boucle ARN-NP à une extrémité et par FluPol à l'autre extrémité (Figures 1B, 1C). En 2020, l'exploration de l'hétérogénéité de RNP extraites du virus A/WSN/33 (H1N1) a permis de proposer un mécanisme de glissement entre les brins opposés de la RNP hélicoïdale, permettant à FluPol de se déplacer le long de l'ARN viral tout en restant attachée à ses deux extrémités [8]. Néanmoins, ces structures obtenues avec une résolution nanométrique par cryoME ne permettaient pas de visualiser l'ARN ni d'orienter les NP ou FluPol avec précision. En 2025, la partie hélicoïdale des RNP a pu être reconstituée à partir de NP recombinante et d'ARN synthétique court, et la flexibilité moindre de cette particule « RNPA-like » a permis d'obtenir une structure avec une résolution de 3,2 Å par cryoME (Figure 1D), et de visualiser le cheminement de l'ARN le long des NP, ainsi que les interactions NP-NP qui stabilisent l'assemblage en double hélice antiparallèle [9].

Dans ce contexte, Peng et coll. ont combiné des analyses sur particule unique en cryoME et par cryoTE pour étudier les RNP dans différents états fonctionnels. Pour s'affranchir de la flexibilité inhérente aux RNP, les auteurs ont produit par mini-réplicon le plus petit segment d'ARN génomique du virus de la grippe D (le segment non structurel), formant une

<footnote n="1">¹ Source : https://www.ema.europa.eu/</footnote>

<footnote n="2">² Le génome des virus à ARN négatif est composé d'ARN simple brin ayant un sens complémentaire de celui de l'ARN messager.</footnote>
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**Figure 1. Comparaison des structures connues de la ribonucléoprotéine des virus influenza.** A. Représentation schématique de la ribonucléoprotéine (RNP) assemblée en double hélice antiparallèle. L'ARN polymérase virale (FluPol) est représentée par les trois sphères en bleu foncé, notées PA, PB1 et PB2, correspondant aux sous unités de l'hétérotrimère. L'ARN génomique viral est symbolisé par un trait coloré en rose (vers le côté 5') et en jaune (vers le côté 3'), et les nucléoprotéines (NP) virales sont schématisées par les sphères en gris foncé et en gris clair pour visualiser l'antiparallélisme de l'assemblage hélicoïdal de la RNP. B. Carte de densité de la RNP<sub>A</sub>, de polarité gauche, avec une résolution de 18 Å, obtenue par cryo-microscopie électronique (cryoME), par Arranz *et al.* (EMD-2205) [5]. Les deux brins du filament hélicoïdal sont colorés en gris clair et en gris foncé. C. Carte de densité de la RNP<sub>A</sub>, de polarité droite, avec une résolution de 21 Å, obtenue par cryoME, par Moeller *et al.* (EMD-2209) [6]. Même code de couleurs qu'en B. D. Carte de densité de la « RNPA-like », de polarité droite, avec une résolution de 3,2 Å, obtenue par cryoME, par Chenavier *et al.* (EMD-51188 symétrisée pour faire 1,5 tour d'hélice) [9]. Les NP et l'ARN situés sur un même brin de l'assemblage hélicoïdal sont colorés en gris clair et en rose ou en gris foncé et en jaune, respectivement. E. Carte de densité de la RNP<sub>D/NS</sub> de polarité droite, avec une résolution de 8,6 Å, obtenue par cryoEM, par Peng *et al.* (EMD-44980) [1]. Même code de couleurs qu'en D.

RNP courte et relativement rigide par rapport aux autres segments plus longs. Le virus de la grippe D infecte principalement les bovins et présente peu de risque pour la santé publique [10], à la différence du virus de la grippe A, qui infecte un large spectre d'hôtes, possède des souches fortement pathogènes, et peut provoquer des pandémies animales et humaines sévères. Afin de valider la pertinence des résultats obtenus avec la RNP courte de la grippe D, les auteurs ont ensuite analysé, par cryoTEM, les RNP isolées du virus de la grippe A [1].

## Architecture de la ribonucléoprotéine contenant le segment non structurel d'ARN du virus de la grippe D, analysée par cryo-microscopie électronique

La technique du mini-réplicon consiste à transfecter des cellules HEK293T

conjointement avec cinq plasmides codant les trois sous-unités PA, PB1 et PB2 formant FluPol, NP et le segment non structurel d'ARN viral, et ainsi produire uniquement la RNP correspondant à ce segment d'ARN (RNP<sub>D/NS</sub>). L'analyse des RNP<sub>D/NS</sub> purifiées par cryoME permet d'obtenir une structure globale de la section centrale hélicoïdale de la RNP avec une résolution de 8,6 Å (Figure 1E). Cette structure organisée en hélice à double brin antiparallèle et de polarité droite comporte les sillons majeurs et mineurs caractéristiques des RNP précédemment analysées [5, 6, 8]. Elle montre peu d'interaction entre les brins au sein du sillon mineur, ce qui renforce l'idée d'un glissement possible entre les brins. Un affinement focalisé sur quatre NP adjacentes au sein de la nucléocapside a permis d'améliorer la résolution locale à 5,1 Å, et révèle notamment le

cheminement de l'ARN le long des NP d'un même brin de l'hélice, sans pour autant fournir précisemment le détail des interactions NP-ARN [1].

Comme attendu, l'ARN se loge dans le sillon chargé positivement de la NP, dont il longe la face latérale pour atteindre le protomère de NP voisin et serpenter jusqu'au sillon basique. Chaque protomère de NP permet d'accueillir une vingtaine de nucléotides d'ARN. L'orientation 5'-3' de l'ARN a été attribuée en s'appuyant sur la structure cristalline de la NP avec trois nucléotides d'ARN [11] et sur la structure du complexe moléculaire « RNPA-like » [9]. Les auteurs proposent ainsi que l'ARN situé à l'interface entre deux protomères NP voisins pointe hors de la nucléocapside, et forme des structures secondaires qui seraient impliquées dans les interactions entre les segments d'ARN génomique du virus.
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A

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B

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**Figure 2.** Changements conformationnels de la nucléoprotéine du virus de la grippe induits par la liaison à l'ARN. **A.** Représentation graphique de la nucléoprotéine (NP) du virus de la grippe D. Les tubes et les flèches représentent les structures secondaires en hélice α et en brin β, respectivement. L'ARN est représenté par un tube fin coloré en rose. La boucle d'oligomérisation, qui s'insère dans le protomère de NP voisin (masqué pour plus de visibilité), est colorée en orange. Les éléments de structures qui se forment en présence d'ARN sont annotés et colorés en cyan foncé. **B.** Représentation graphique de la NP du virus de la grippe A (avec le même code graphique qu'en A). L'ARN est représenté par un tube fin coloré en rose, la boucle d'oligomérisation est colorée en orange, et les éléments de structures formés en présence d'ARN sont colorés en cyan foncé. L'astérisque marque l'emplacement de la « 210 hairpin », qui n'existe pas dans la NP du virus de la grippe A.

Les NP adjacentes interagissent uniquement au travers de la boucle d'oligomérisation (résidus 405-448) qui s'insère dans une poche de la NP voisine et forme un pont salin entre les résidus R416-E339, conservés dans les NP de toutes les souches de virus grippal. D'autre part, les auteurs relèvent que les résidus 66-77, 116-125 et 194-216, qui apparaissent désordonnés dans la structure cristalline de D/NP en absence d'ARN [12], se replient et forment respectivement les motifs « 70 helix-turn-helix », « 150 helix » et « 210 hairpin » (Figure 2A) [1]. Ces motifs induits par la liaison de l'ARN forment une pince qui stabilise l'ARN dans le sillon basique. La nucléoprotéine du virus de la grippe A ne possède pas de motif « 210 hairpin », ce qui pourrait expliquer en partie que les RNP issues du virus de la grippe D soient légèrement moins flexibles, et soient ainsi plus propices à l'obtention de données cryoME avec une haute résolution.

La structure du complexe moléculaire « RNPA-like » obtenue précédemment à partir de NP recombinante et d'ARN synthétique court [9] concorde avec la structure de la RNP<sub>D/NS</sub>: le cheminement de l'ARN au sein du sillon basique est identique, la liaison de l'ARN induit le repliement du motif « 70 helix-turn », et la boucle d'oligomérisation permettent l'attachement des NP successives (Figure 2B).

### Architecture des RNP natives du virus de la grippe A (RNP<sub>A</sub>) analysée par cryo-tomographie électronique

Peng et coll. se sont ensuite intéressés au paysage conformationnel des RNP<sub>A</sub> natives extraites de virions de grippe A et purifiées sur gradient de glycérol. Les RNP natives – par définition plus hétérogènes que les RNP<sub>D/NS</sub> – ont été analysées par cryoTE et moyennation de sous-tomogrammes. Les structures obtenues avec une résolution de 17-20 Å

confirment la caractéristique d'une double hélice droite, une orientation qui faisait l'objet d'un débat depuis la publication de deux articles contradictoires en 2012 [5, 6]. L'architecture de la RNP<sub>A</sub> native est très similaire à celle de la RNP<sub>D/NS</sub>: les protomères de NP des deux brins hélicoïdaux sont disposés face à face, et l'ARN est encapsidé dans le sillon mineur de la double hélice. En revanche la RNP<sub>A</sub> est plus étendue et présente plusieurs conformations différentes, avec une grande flexibilité dans plusieurs dimensions [1].

En fonctionnalisant les grilles de microscopie avec de l'oxyde de graphène, les auteurs sont parvenus à identifier la densité correspondant à FluPol et à capturer des conformations dans lesquelles celle-ci se situe soit à l'extrémité, soit au milieu de la RNP<sub>A</sub>. Lorsque FluPol est amarrée à l'extrémité de la RNP, l'arrangement en double hélice des protomères de NP est
maintenu, mais dans une conformation plus relâchée par rapport à celle associée à un amarrage de FluPol à la région centrale de la RNP<sub>A</sub>. Cette structure à basse résolution montre un espace d'environ 15 Å entre NP et FluPol, et les auteurs suggèrent qu'un ARN de 15 à 20 nucléotides serait nécessaire pour parcourir cette distance [1]. Cet état pourrait correspondre à l'état de préinitiation de la transcription.

La structure de FluPol amarrée au milieu
de la RNP montre que l'hélice conserve
les caractéristiques de la région cen-
trale de la RNP<sub>A</sub>, plus compacte qu'à
l'extrémité. Les auteurs proposent ainsi
un modèle d'architecture de la RNP
pour l'élongation de l'ARN nouvelle-
ment synthétisé dans lequel les deux
extrémités 3' et 5' de la matrice d'ARN
restent associées à FluPol, et les deux
NP opposées et directement voisines de
FluPol se déplacent de l'extrémité de la
double hélice pour se placer l'une à côté
de l'autre sur un même brin [1]. Une
telle configuration permettrait à FluPol
d'être stationnaire sur un brin hélicoïdal
d'ancrage et mobile sur l'autre, don-
nant lieu à un mécanisme de glissement
des deux brins hélicoïdaux l'un contre
l'autre pendant que FluPol transcri-
rait la matrice d'ARN du brin mobile au
cours de l'élongation. Ces observations
viennent corroborer celles réalisées pré-
cédemment sur les RNP extraites du virus
influenza A/WSN/33 (H1N1) analysées
par cryoME [8], et qui avaient conduit

leurs auteurs à conclure que FluPol pou-
vait se déplacer le long du filament
hélicoïdal pour permettre l'élongation
de l'ARN. Cette hypothèse nécessitera
cependant d'être confirmée par l'obten-
tion de données structurales avec une
plus haute résolution. En très petite
proportion, des complexes RNP portants
deux copies de FluPol ont été observés,
qui pourraient correspondre à un com-
plexe dimérique réplicase-encapsidase
de FluPol, nécessaire à la réplication de
l'ARN génomique viral [13].

Une perspective thérapeutique :
la conception d'un inhibiteur ciblant
la boucle d'oligomérisation
de la nucléoprotéine virale

Partant du constat que l'interaction
NP-NP au sein des RNP implique la
boucle d'oligomérisation de la NP, dont
la séquence d'acides aminés est conser-
vée entre les différentes souches du
virus, les auteurs ont considéré que l'hé-
lice alpha de cette boucle interagissant
avec le domaine tête de la NP adjacente
était une cible thérapeutique d'intérêt.
Un criblage virtuel ciblant cette interac-
tion, associé à des expériences d'infec-
tion de cellules par le virus, leur ont déjà
permis d'identifier des molécules avec
un potentiel inhibiteur prometteur pour
la thérapie antivirale [1]. ◊

Structure of the influenza virus
ribonucleoprotein: a model for
understanding the viral replication
machinery

LIENS D'INTÉRÊT

Les auteurs déclarent n'avoir aucun lien d'intérêt concernant les données publiées dans cet article.

RÉFÉRENCES

1. Peng R, Xu X, Nepal B, et al. Molecular basis of influenza ribonucleoprotein complex assembly and processive RNA synthesis. *Science* 2025; 388: eadq7597.

2. Bouvier NM, Palese P. The biology of influenza viruses. Vaccine 2008; 26: D49-53.

3. Smyk JM, Szydłowska N, Szulc W, et al. Evolution of influenza viruses-drug resistance, treatment options, and prospects. *Int J Mol Sci* 2022; 23: 12244.

4. Eisfeld AJ, Biswas A, Guan L, et al. Pathogenicity and transmissibility of bovine H5N1 influenza virus. *Nature* 2024; 633: 426-32.

5. Arranz R, Colama R, Chichón FJ, et al. The structure of native influenza virion ribonucleoproteins. *Science* 2012; 338: 1634-7.

6. Moeller A, Kirchdoerfer RN, Potter CS, et al. Organization of the influenza virus replication machinery. *Science* 2012; 338: 1631-4.

7. Compans RW, Content J, Duesberg PH. Structure of the ribonucleoprotein of influenza virus. *J Virol* 1972; 10: 795-800.

8. Colama R, Arranz R, de la Rosa-Trevín JM, et al. Structural insights into influenza A virus ribonucleoproteins reveal a processive helical track as transcription mechanism. *Nat Microbiol* 2020; 5: 727-34.

9. Chenavier F, Zarkadas E, Freslon L-L, et al. Influenza a virus antiparallel helical nucleocapsid-like pseudo-atomic structure. *Nucleic Acids Res* 2025; 53: gkae1211.

10. Su S, Fu X, Li G, et al. Novel Influenza D virus: Epidemiology, pathology, evolution and biological characteristics. *Virulence* 2017; 8: 1580-91.

11. Tang Y-S, Xu S, Chen Y-W, et al. Crystal structures of influenza nucleoprotein complexed with nucleic acid provide insights into the mechanism of RNA interaction. *Nucleic Acids Res* 2021; 49: 4144-54.

12. Donchet A, Oliva J, Labaronne A, et al. The structure of the nucleoprotein of Influenza D shows that all Orthomyxoviridae nucleoproteins have a similar NPCORE, with or without a NPTAIL for nuclear transport. *Sci Rep* 2019; 9: 600.

13. Carrique L, Fan H, Walker AP, et al. Host ANP32A mediates the assembly of the influenza virus replicase. *Nature* 2020; 587: 638-43.