The nuclear pore complex and its transporters : from virus-host interactors to subverting the innate antiviral immunity

Les virus ont besoin d’interagir avec des facteurs cellulaires pour se répliquer et se propager dans les cellules d’hôtes. Une étude de l'interactome des protéines du virus d'hépatite C (VHC) par Germain et al. (2014) a permis d'élucider de nouvelles interactions virus-hôte. L'étude a également démontré que la majorité des facteurs de l'hôte n'avaient pas d'effet sur la réplication du virus. Ces travaux suggèrent que la majorité des protéines ont un rôle dans d'autres processus cellulaires tel que la réponse innée antivirale et ciblées pas le virus dans des mécanismes d'évasion immune. Pour tester cette hypothèse, 132 interactant virus-hôtes ont été sélectionnés et évalués par silençage génique dans un criblage d'ARNi sur la production interferon-beta (IFNB1). Nous avons ainsi observé que les réductions de l'expression de 53 interactants virus-hôte modulent la réponse antivirale innée. Une étude dans les termes de gène d'ontologie (GO) démontre un enrichissement de ces protéines au transport nucléocytoplasmique et au complexe du pore nucléaire. De plus, les gènes associés avec ces termes (CSE1L, KPNB1, RAN, TNPO1 et XPO1) ont été caractérisé comme des interactant de la protéine NS3/4A par Germain et al. (2014), et comme des régulateurs positives de la réponse innée antivirale. Comme le VHC se réplique dans le cytoplasme, nous proposons que ces interactions à des protéines associées avec le noyau confèrent un avantage de réplication et bénéficient au virus en interférant avec des processus cellulaire tel que la réponse innée. Cette réponse innée antivirale requiert la translocation nucléaire des facteurs transcriptionnelles IRF3 et NF-κB p65 pour la production des IFNs de type I. Un essai de microscopie a été développé afin d'évaluer l’effet du silençage de 60 gènes exprimant des protéines associés au complexe du pore nucléaire et au transport nucléocytoplasmique sur la translocation d’IRF3 et NF-κB p65 par un criblage ARNi lors d’une cinétique d'infection virale. En conclusion, l’étude démontre qu’il y a plusieurs protéines qui sont impliqués dans le transport de ces facteurs transcriptionnelles pendant une infection virale et peut affecter la production IFNB1 à différents niveaux de la réponse d'immunité antivirale. L'étude aussi suggère que l'effet de ces facteurs de transport sur la réponse innée est peut être un mécanisme d'évasion par des virus comme VHC.

The nuclear pore complex and its transporters : from virus-host interactors to subverting the innate antiviral immunity

Les virus ont besoin d’interagir avec des facteurs cellulaires pour se répliquer et se propager dans les cellules d’hôtes. Une étude de l'interactome des protéines du virus d'hépatite C (VHC) par Germain et al. (2014) a permis d'élucider de nouvelles interactions virus-hôte. L'étude a également démontré que la majorité des facteurs de l'hôte n'avaient pas d'effet sur la réplication du virus. Ces travaux suggèrent que la majorité des protéines ont un rôle dans d'autres processus cellulaires tel que la réponse innée antivirale et ciblées pas le virus dans des mécanismes d'évasion immune. Pour tester cette hypothèse, 132 interactant virus-hôtes ont été sélectionnés et évalués par silençage génique dans un criblage d'ARNi sur la production interferon-beta (IFNB1). Nous avons ainsi observé que les réductions de l'expression de 53 interactants virus-hôte modulent la réponse antivirale innée. Une étude dans les termes de gène d'ontologie (GO) démontre un enrichissement de ces protéines au transport nucléocytoplasmique et au complexe du pore nucléaire. De plus, les gènes associés avec ces termes (CSE1L, KPNB1, RAN, TNPO1 et XPO1) ont été caractérisé comme des interactant de la protéine NS3/4A par Germain et al. (2014), et comme des régulateurs positives de la réponse innée antivirale. Comme le VHC se réplique dans le cytoplasme, nous proposons que ces interactions à des protéines associées avec le noyau confèrent un avantage de réplication et bénéficient au virus en interférant avec des processus cellulaire tel que la réponse innée. Cette réponse innée antivirale requiert la translocation nucléaire des facteurs transcriptionnelles IRF3 et NF-κB p65 pour la production des IFNs de type I. Un essai de microscopie a été développé afin d'évaluer l’effet du silençage de 60 gènes exprimant des protéines associés au complexe du pore nucléaire et au transport nucléocytoplasmique sur la translocation d’IRF3 et NF-κB p65 par un criblage ARNi lors d’une cinétique d'infection virale. En conclusion, l’étude démontre qu’il y a plusieurs protéines qui sont impliqués dans le transport de ces facteurs transcriptionnelles pendant une infection virale et peut affecter la production IFNB1 à différents niveaux de la réponse d'immunité antivirale. L'étude aussi suggère que l'effet de ces facteurs de transport sur la réponse innée est peut être un mécanisme d'évasion par des virus comme VHC.

Novel Papillomaviruses in Free-Ranging Iberian Bats: No Virus-Host Co-evolution, No Strict Host Specificity, and Hints for Recombination

Papillomaviruses (PVs) are widespread pathogens. However, the extent of PV infections in bats remains largely unknown. This work represents the first comprehensive study of PVs in Iberian bats. We identified four novel PVs in the mucosa of free-ranging Eptesicus serotinus (EserPV1, EserPV2, and EserPV3) and Rhinolophus ferrumequinum (RferPV1) individuals and analyzed their phylogenetic relationships within the viral family. We further assessed their prevalence in different populations of E. serotinus and its close relative E. isabellinus. Although it is frequent to read that PVs co-evolve with their host, that PVs are highly species-specific, and that PVs do not usually recombine, our results suggest otherwise. First, strict virus-host co-evolution is rejected by the existence of five, distantly related bat PV lineages and by the lack of congruence between bats and bat PVs phylogenies. Second, the ability of EserPV2 and EserPV3 to infect two different bat species (E. serotinus and E. isabellinus) argues against strict host specificity. Finally, the description of a second noncoding region in the RferPV1 genome reinforces the view of an increased susceptibility to recombination in the E2-L2 genomic region. These findings prompt the question of whether the prevailing paradigms regarding PVs evolution should be reconsidered.

Novel Papillomaviruses in Free-Ranging Iberian Bats: No Virus-Host Co-evolution, No Strict Host Specificity, and Hints for Recombination

Papillomaviruses (PVs) are widespread pathogens. However, the extent of PV infections in bats remains largely unknown. This work represents the first comprehensive study of PVs in Iberian bats. We identified four novel PVs in the mucosa of free-ranging Eptesicus serotinus (EserPV1, EserPV2, and EserPV3) and Rhinolophus ferrumequinum (RferPV1) individuals and analyzed their phylogenetic relationships within the viral family. We further assessed their prevalence in different populations of E. serotinus and its close relative E. isabellinus. Although it is frequent to read that PVs co-evolve with their host, that PVs are highly species-specific, and that PVs do not usually recombine, our results suggest otherwise. First, strict virus-host co-evolution is rejected by the existence of five, distantly related bat PV lineages and by the lack of congruence between bats and bat PVs phylogenies. Second, the ability of EserPV2 and EserPV3 to infect two different bat species (E. serotinus and E. isabellinus) argues against strict host specificity. Finally, the description of a second noncoding region in the RferPV1 genome reinforces the view of an increased susceptibility to recombination in the E2-L2 genomic region. These findings prompt the question of whether the prevailing paradigms regarding PVs evolution should be reconsidered.

A paradigm for virus-host coevolution: Sequential counter-adaptations between endogenous and exogenous retroviruses

Endogenous retroviruses ( ERVs) are remnants of ancient retroviral infections of the host germline transmitted vertically from generation to generation. It is hypothesized that some ERVs are used by the host as restriction factors to block the infection o

Virus-Host Interaction during Therapy against Hepatitis C Virus

Le virus de l’hépatite C (VHC) est un problème mondial. La majorité des personnes infectées (70-85%) développent une infection chronique qui cause des complications hépatiques. Le seul régime thérapeutique approuvé pour le VHC est l'interféron alpha (IFN-α). Ce traitement a un taux de réussite de 50-80% selon le génotype de virus et le moment de l'initiation de la thérapie. Les facteurs régissant la réponse au traitement ne sont pas bien définis. Des études antérieures ont suggéré un rôle potentiel de la réponse immunitaire de l'hôte au succès de la thérapie, toutefois, ces résultats sont controversés. Nous avons émis l'hypothèse que la réponse immunitaire de l’hôte sera plus efficace chez les patients qui commencent la thérapie tôt pendant la phase aiguë de l'infection. En revanche, la réponse immunitaire sera épuisée lorsque le traitement est initié pendant la phase chronique. L'objectif principal de ce mémoire est d’étudier les facteurs immunologiques qui régissent la réponse à la thérapie, et de déterminer si la contribution de la réponse immunitaire de l'hôte peut être influencée par la période de l'infection. Nos résultats démontrent l'efficacité de la restauration de la réponse immunitaire spécifique au VHC lorsque la thérapie par l'interféron est initiée tôt. Ceci est démontré par le sauvetage des cellules T efficaces spécifiques au VHC efficace similaires à celles observées chez les individus qui ont résolu spontanément, suggérant ainsi qu'elles jouent un rôle actif dans la réponse au traitement. Toutefois, cette réponse n'a pas été restaurée chez les patients traités au cours de la phase chronique. Ces résultats ont des implications importantes dans la compréhension des mécanismes sous-jacents à la réponse aux traitements actuels et au développement des nouvelles thérapies.

Virus-host interaction in feline immunodeficiency virus (FIV) infection

Feline immunodeficiency virus (FIV) infection has been the focus of several studies because this virus exhibits genetic and pathogenic characteristics that are similar to those of the human immunodeficiency virus (HIV). FIV causes acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) in cats, nevertheless, a large fraction of infected cats remain asymptomatic throughout life despite of persistent chronic infection. This slow disease progression may be due to the presence of factors that are involved in the natural resistance to infection and the immune response that is mounted by the animals, as well as due to the adaptation of the virus to the host. Therefore, the study of virus-host interaction is essential to the understanding of the different patterns of disease course and the virus persistence in the host, and to help with the development of effective vaccines and perhaps the cure of FIV and HIV infections. © 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Neoplastic Transformation of T Lymphocytes through Transgenic Expression of a Virus Host Modification Protein

Virus host evasion genes are ready-made tools for gene manipulation and therapy. In this work we have assessed the impact in vivo of the evasion gene A238L of the African Swine Fever Virus, a gene which inhibits transcription mediated by both NF-κB and NFAT. The A238L gene has been selectively expressed in mouse T lymphocytes using tissue specific promoter, enhancer and locus control region sequences for CD2. The resulting two independently derived transgenic mice expressed the transgene and developed a metastasic, angiogenic and transplantable CD4(+)CD8(+)CD69(-) lymphoma. The CD4(+)CD8(+)CD69(-) cells also grew vigorously in vitro. The absence of CD69 from the tumour cells suggests that they were derived from T cells at a stage prior to positive selection. In contrast, transgenic mice similarly expressing a mutant A238L, solely inhibiting transcription mediated by NF-κB, were indistinguishable from wild type mice. Expression of Rag1, Rag2, TCRβ-V8.2, CD25, FoxP3, Bcl3, Bcl2 l14, Myc, IL-2, NFAT1 and Itk, by purified CD4(+)CD8(+)CD69(-) thymocytes from A238L transgenic mice was consistent with the phenotype. Similarly evaluated expression profiles of CD4(+)CD8(+) CD69(-) thymocytes from the mutant A238L transgenic mice were comparable to those of wild type mice. These features, together with the demonstration of (mono-)oligoclonality, suggest a transgene-NFAT-dependent transformation yielding a lymphoma with a phenotype reminiscent of some acute lymphoblastic lymphomas.

Découverte de nouvelles interactions entre le virus de l'Hépatite C et l'hôte par une approche combinée de Spectrométrie de Masse et de Génomique Fonctionnelle

La réplication et l’assemblage du virus de l’hépatite C (VHC) sont régulés finement dans le temps et l’espace par les interactions protéiques entre le virus avec l’hôte. La compréhension de la biologie du virus ainsi que sa pathogénicité passe par les connaissances relatives aux interactions virus/hôte. Afin d’identifier ces interactions, nous avons exploité une approche d’immunoprécipitation (IP) couplée à une détection par spectrométrie de masse (MS), pour ensuite évaluer le rôle des protéines identifiées dans le cycle viral par une technique de silençage génique. Les protéines virales Core, NS2, NS3/4A, NS4B, NS5A et NS5B ont été exprimées individuellement dans les cellules humaines 293T et immunoprécipitées afin d’isoler des complexes protéiques qui ont été soumis à l’analyse MS. Ainsi, 98 protéines de l’hôte ont été identifiées avec un enrichissement significatif et illustrant une spécificité d’interaction. L’enrichissement de protéines connues dans la littérature a démontré la force de l’approche, ainsi que la validation de 6 nouvelles interactions virus/hôte. Enfin, le rôle de ces interactants sur la réplication virale a été évalué dans un criblage génomique par ARN interférant (ARNi). Deux systèmes rapporteurs de la réplication virale ont été utilisés : le système de réplicon sous-génomique (Huh7-Con1-Fluc) et le système infectieux (J6/JFH-1/p7Rluc2a), ainsi qu’un essai de toxicité cellulaire (Alamar Blue). Parmi les protéines de l’hôte interagissant avec le VHC, 28 protéines ont démontré un effet significatif sans effet de toxicité cellulaire, suggérant fortement un rôle dans la réplication du VHC. Globalement, l’étude a mené à l’identification de nouvelles interactions virus/hôte et l’identification de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles.

The Host Nonsense-Mediated mRNA Decay Pathway Restricts Mammalian RNA Virus Replication

In addition to classically defined immune mechanisms, cell-intrinsic processes can restrict virus infection and have shaped virus evolution. The details of this virus-host interaction are still emerging. Following a genome-wide siRNA screen for host factors affecting replication of Semliki Forest virus (SFV), a positive-strand RNA (+RNA) virus, we found that depletion of nonsense-mediated mRNA decay (NMD) pathway components Upf1, Smg5, and Smg7 led to increased levels of viral proteins and RNA and higher titers of released virus. The inhibitory effect of NMD was stronger when virus replication efficiency was impaired by mutations or deletions in the replicase proteins. Consequently, depletion of NMD components resulted in a more than 20-fold increase in production of these attenuated viruses. These findings indicate that a cellular mRNA quality control mechanism serves as an intrinsic barrier to the translation of early viral proteins and the amplification of +RNA viruses in animal cells.

Cellular Membranes as a Playground for Semliki Forest Virus Replication Complex

All positive-strand RNA viruses utilize cellular membranes for the assembly of their replication complexes, which results in extensive membrane modification in infected host cells. These alterations act as structural and functional scaffolds for RNA replication, providing protection for the viral double-stranded RNA against host defences. It is known that different positive-strand RNA viruses alter different cellular membranes. However, the origin of the targeted membranes, the mechanisms that direct replication proteins to specific membranes and the steps in the formation of the membrane bound replication complex are not completely understood. Alphaviruses (including Semliki Forest virus, SFV), members of family Togaviridae, replicate their RNA in association with membranes derived from the endosomal and lysosomal compartment, inducing membrane invaginations called spherules. Spherule structures have been shown to be the specific sites for RNA synthesis. Four replication proteins, nsP1-nsP4, are translated as a polyprotein (P1234) which is processed autocatalytically and gives rise to a membrane-bound replication complex. Membrane binding is mediated via nsP1 which possesses an amphipathic α-helix (binding peptide) in the central region of the protein. The aim of this thesis was to characterize the association of the SFV replication complex with cellular membranes and the modification of the membranes during virus infection. Therefore, it was necessary to set up the system for determining which viral components are needed for inducing the spherules. In addition, the targeting of the replication complex, the formation site of the spherules and their intracellular trafficking were studied in detail. The results of current work demonstrate that mutations in the binding peptide region of nsP1 are lethal for virus replication and change the localization of the polyprotein precursor P123. The replication complex is first targeted to the plasma membrane where membrane invaginations, spherules, are induced. Using a specific regulated endocytosis event the spherules are internalized from the plasma membrane in neutral carrier vesicles and transported via an actin-and microtubule-dependent manner to the pericentriolar area. Homotypic fusions and fusions with pre-existing acidic organelles lead to the maturation of previously described cytopathic vacuoles with hundreds of spherules on their limiting membranes. This work provides new insights into the membrane binding mechanism of SFV replication complex and its role in the virus life cycle. Development of plasmid-driven system for studying the formation of the replication complex described in this thesis allows various applications to address different steps in SFV life cycle and virus-host interactions in the future. This trans-replication system could be applied for many different viruses. In addition, the current work brings up new aspects of membranes and cellular components involved in SFV replication leading to further understanding in the formation and dynamics of the membrane-associated replication complex.

Elucidation of hepatitis C virus transmission and early diversification by single genome sequencing.

A precise molecular identification of transmitted hepatitis C virus (HCV) genomes could illuminate key aspects of transmission biology, immunopathogenesis and natural history. We used single genome sequencing of 2,922 half or quarter genomes from plasma viral RNA to identify transmitted/founder (T/F) viruses in 17 subjects with acute community-acquired HCV infection. Sequences from 13 of 17 acute subjects, but none of 14 chronic controls, exhibited one or more discrete low diversity viral lineages. Sequences within each lineage generally revealed a star-like phylogeny of mutations that coalesced to unambiguous T/F viral genomes. Numbers of transmitted viruses leading to productive clinical infection were estimated to range from 1 to 37 or more (median = 4). Four acutely infected subjects showed a distinctly different pattern of virus diversity that deviated from a star-like phylogeny. In these cases, empirical analysis and mathematical modeling suggested high multiplicity virus transmission from individuals who themselves were acutely infected or had experienced a virus population bottleneck due to antiviral drug therapy. These results provide new quantitative and qualitative insights into HCV transmission, revealing for the first time virus-host interactions that successful vaccines or treatment interventions will need to overcome. Our findings further suggest a novel experimental strategy for identifying full-length T/F genomes for proteome-wide analyses of HCV biology and adaptation to antiviral drug or immune pressures.

Differential cytopathogenesis of respiratory syncytial virus prototypic and clinical isolates in primary pediatric bronchial epithelial cells.

Background Human respiratory syncytial virus (RSV) causes severe respiratory disease in infants. Airway epithelial cells are the principle targets of RSV infection. However, the mechanisms by which it causes disease are poorly understood. Most RSV pathogenesis data are derived using laboratory-adapted prototypic strains. We hypothesized that such strains may be poorly representative of recent clinical isolates in terms of virus/host interactions in primary human bronchial epithelial cells (PBECs). Methods To address this hypothesis, we isolated three RSV strains from infants hospitalized with bronchiolitis and compared them with the prototypic RSV A2 in terms of cytopathology, virus growth kinetics and chemokine secretion in infected PBEC monolayers. Results RSV A2 rapidly obliterated the PBECs, whereas the clinical isolates caused much less cytopathology. Concomitantly, RSV A2 also grew faster and to higher titers in PBECs. Furthermore, dramatically increased secretion of IP-10 and RANTES was evident following A2 infection compared with the clinical isolates. Conclusions The prototypic RSV strain A2 is poorly representative of recent clinical isolates in terms of cytopathogenicity, viral growth kinetics and pro-inflammatory responses induced following infection of PBEC monolayers. Thus, the choice of RSV strain may have important implications for future RSV pathogenesis studies.