Étude du réseau d'interactions entre les protéines du Virus de l'Hépatite C

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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.

Suppression of a pro-apoptotic K+ channel as a mechanism for hepatitis C virus persistence

An estimated 3% of the global population are infected with hepatitis C virus (HCV), and the majority of these individuals will develop chronic liver disease. As with other chronic viruses, establishment of persistent infection requires that HCV-infected cells must be refractory to a range of pro-apoptotic stimuli. In response to oxidative stress, amplification of an outward K(+) current mediated by the Kv2.1 channel, precedes the onset of apoptosis. We show here that in human hepatoma cells either infected with HCV or harboring an HCV subgenomic replicon, oxidative stress failed to initiate apoptosis via Kv2.1. The HCV NS5A protein mediated this effect by inhibiting oxidative stress-induced p38 MAPK phosphorylation of Kv2.1. The inhibition of a host cell K(+) channel by a viral protein is a hitherto undescribed viral anti-apoptotic mechanism and represents a potential target for antiviral therapy.

Suppression of bovine viral diarrhea virus replication by small interfering RNA and short hairpin RNA-mediated RNA interference

Bovine viral diarrhea virus (BVDV) is a ubiquitous viral pathogen that affects cattle herds’ worldwide causing significant economic loss. The current strategies to control BVDV infection include vaccination (modified-live or killed) and control of virus spread by enhanced biosecurity management, however, the disease remains prevalent. With the discovery of the sequence-specific method of gene silencing known as RNA interference (RNAi), a new era in antiviral therapies has begun. Here we report the efficient inhibition of BVDV replication by small interfering (siRNA) and short hairpin RNA (shRNA)-mediated gene silencing. siRNAs were generated to target the 5′ non-translated (NTR) region and the regions encoding the C, NS4B and NS5A proteins of the BVDV genome. The siRNAs were first validated using an EGFP/BVDV reporter system and were then shown to suppress BVDV-induced cytopathic effects and viral titers in cell culture with surprisingly different activities compared to the reporter system. Efficient viral suppression was then achieved by bovine 7SK-expressed BVDV-specific shRNAs. Overall, our results demonstrated the use of siRNA and shRNA-mediated gene silencing to achieve efficient inhibition of the  replication of this virus in cell culture.

Quasispecies of hepatitis C virus genotype 1 and treatment outcome with Peginterferon and Ribavirin

The majority of patients with chronic hepatitis C fail to respond to antiviral therapy. The genetic basis of this resistance is unknown. The quasispecies nature of HCV may have an important implication concerning viral persistence and response to therapy. The HCV nonstructural 5A (NS5A) protein has been controversially implicated in the inherent resistance of HCV to interferon (IFN) antiviral therapy. To evaluate whether the NS5A quasispecies pre-treatment composition of HCV 1a/1b is related to responsiveness to combined pegylated interferon (PEG-IFN) and Ribavirin therapy, detailed analyses of the complete NS5A were performed. Fifteen full-length NS5A clones were sequenced from 11 pretreatment samples of patients infected with genotype 1 HCV (3 virological sustained responders, 4 non-responders, and 4 end-of-treatment responders). Our study could not show a significant correlation between the mean number of mutations in HCV NS5A before treatment and treatment outcome, and the phylogenetic construction of complete NS5A sequences obtained from all patients failed to show any clustering associated with a specific response pattern. No single amino acid position was associated with different responses to therapy in any of the NS5A regions analyzed, and mutations were clustered downstream the ISDR, primarily in the V3 region. We observed that the CRS and NLS regions of the NS5A protein were conflicting for some variables analyzed, although no significant differences were found. If these two regions can have antagonistic functions, it seems viable that they present different mutation profiles when compared with treatment response. The patient sample that presented the lowest genetic distance values also presented the smallest number of variants, and the most heterogeneous pattern was seen in the end-of-treatment patients. These results suggest that a detailed molecular analysis of the NS5A region on a larger sample size may be necessary for understanding its role in the therapy outcome of HCV 1a/1b infection. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Analysis of HCV quasispecies dynamic under selective pressure of combined therapy

Background: The quasispecies composition of Hepatitis C virus (HCV) could have important implications with regard to viral persistence and response to interferon-based therapy. The complete NS5A was analyzed to evaluate whether the composition of NS5A quasispecies of HCV 1a/1b is related to responsiveness to combined interferon pegylated (PEG-IFN) and ribavirin therapy.Methods: Viral RNA was isolated from serum samples collected before, during and after treatment from virological sustained responder (SVR), non-responder (NR) and the end-of-treatment responder patients (ETR). NS5A region was amplified, cloned and sequenced. Six hundred and ninety full-length NS5A sequences were analyzed.Results: This study provides evidence that lower nucleotide diversity of the NS5A region pre-therapy is associated with viral clearance. Analysis of samples of NRs and the ETRs time points showed that genetic diversity of populations tend to decrease over time. Post-therapy population of ETRs presented higher genetic distance from baseline probably due to the bottleneck phenomenon observed for those patients in the end of treatment. The viral effective population of those patients also showed a strong decrease after therapy. Otherwise, NRs demonstrated a continuous variation or stability of effective populations and genetic diversity over time that did not seem to be related to therapy. Phylogenetic relationships concerning complete NS5A sequences obtained from patients did not demonstrate clustering associated with specific response patterns. However, distinctive clustering of pre/post-therapy sequences was observed. In addition, the evolution of quasispecies over time was subjected to purifying or relaxed purifying selection. Codons 157 (P03), 182 and 440 (P42), 62 and 404 (P44) were found to be under positive selective pressure but it failed to be related to the therapy.Conclusion: These results confirm the hypothesis that a relationship exists between NS5A heterogeneity and response to therapy in patients infected with chronic hepatitis C. © 2013 Jardim et al.; licensee BioMed Central Ltd.

On Hepatitis C Virus Evolution: The Interaction between Virus and Host towards Treatment Outcome

Background:Hepatitis C is a disease spread throughout the world. Hepatitis C virus (HCV), the etiological agent of this disease, is a single-stranded positive RNA virus. Its genome encodes a single precursor protein that yields ten proteins after processing. NS5A, one of the non-structural viral proteins, is most associated with interferon-based therapy response, the approved treatment for hepatitis C in Brazil. HCV has a high mutation rate and therefore high variability, which may be important for evading the immune system and response to therapy. The aim of this study was to analyze the evolution of NS5A quasispecies before, during, and after treatment in patients infected with HCV genotype 3a who presented different therapy responses.Methods:Viral RNA was extracted, cDNA was synthesized, the NS5A region was amplified and cloned, and 15 clones from each time-point were sequenced. The sequences were analyzed for evolutionary history, genetic diversity and selection.Results:This analysis shows that the viral population that persists after treatment for most non-responder patients is present in before-treatment samples, suggesting it is adapted to evade treatment. In contrast, the population found in before treatment samples from most end-of-treatment responder patients either are selected out or appears in low frequency after relapse, therefore changing the population structure. The exceptions illustrate the uniqueness of the evolutionary process, and therefore the treatment resistance process, in each patient.Conclusion:Although evolutionary behavior throughout treatment showed that each patient presented different population dynamics unrelated to therapy outcome, it seems that the viral population from non-responders that resists the treatment already had strains that could evade therapy before it started. © 2013 Bittar et al.

Análise comparativa da variação entre quasiespecies do Vírus da Hepatite C genótipo 1 em amostras prétratamento de pacientes tratados com Peginterferon

Pós-graduação em Genética - IBILCE

Análise por ferramentas de bioinformática da proteína não-estrutural 5A do vírus da hepatite C genótipo 1 e 3 em amostras pré-tratamento

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Inibição do vírus da hepatite C utilizando siRNAs direcionados para o genoma viral e proteínas celulares Hsps

Pós-graduação em Microbiologia - IBILCE

Evaluation of canonical siRNA and dicer substrate RNA for inhibition of hepatitis C virus genome replication: a comparative study

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Epidemiologia molecular do vírus da Hepatite C: análise comparativa de diferentes regiões subgenômicas aplicadas a estudos de associação genética

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise do efeito in vitro de acridonas na replicação do Vírus da Hepatite C

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Structural and functional analysis of the hepatitis C virus non-structural protein 5A

Das Hepatitis C Virus (HCV) ist ein umhülltes RNA Virus aus der Familie der Flaviviridae. Sein Genom kodiert für ein ca. 3000 Aminosäuren langes Polyprotein, welches co- und posttranslational in seine funktionellen Einheiten gespalten wird. Eines dieser viralen Proteine ist NS5A. Es handelt sich hierbei um ein stark phosphoryliertes Protein, das eine amphipatische α-Helix im Amino-Terminus trägt, welche für die Membran-Assoziation von NS5A verantwortlich ist. Welche Rolle die Phosphorylierung für die Funktion des Proteins spielt, bzw. welche Funktion NS5A überhaupt ausübt, ist zur Zeit noch unklar. Beobachtungen lassen Vermutungen über eine Funktion von NS5A bei der Resistenz infizierter Zellen gegenüber Interferon-alpha zu. Weiterhin wird vermutet, das NS5A als Komponente des membranständigen HCV Replikasekomplexes an der RNA Replikation beteiligt ist. Das Ziel dieser Doktorarbeit war es, die Funktion von NS5A für die RNA Replikation zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurde eine Serie von Phosphorylierungsstellen-Mutanten generiert, die auf Ihre Replikationsfähigkeit und den Phosphorylierungsstatus hin untersucht wurden. Wir fanden, dass bestimmte Serin-Substitutionen im Zentrum von NS5A zu einer gesteigerten RNA Replikation führten, bei gleichzeitig reduzierter NS5A Hyperphosphorylierung. Weiterhin studierten wir den Einfluß von Mutationen in der Amino-terminalen amphipatischen α-Helix von NS5A auf die RNA-Replikation, sowie Phosphorylierung und subzelluläre Lokalisation des Proteins. Wir fanden, dass geringfügige strukturelle Veränderungen der amphipatischen Helix zu einer veränderten subzellulären Lokalisation von NS5A führten, was mit einer reduzierten oder komplett inhibierten RNA Replikation einherging. Zudem interferierten die strukturellen Veränderungen mit der Hyperphosphorylierung des Proteins, was den Schluß nahe legt, dass die amphipatische Helix eine wichtige strukturelle Komponente des Proteins darstellt, die für die korrekte Faltung und Phosphorylierung des Proteins essentiell ist. Als weitere Aspekte wurden die Trans-Komplementationsfähigkeit der verschiedenen viralen Komponenten des HCV Replikasekomplexes untersucht, sowie zelluläre Interaktionspartner von NS5A identifiziert. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse dieser Doktorarbeit, dass NS5A eine wichtige Rolle bei der RNA-Replikation spielt. Diese Funktion wird wahrscheinlich über den Phosphorylierungszustand des Proteins reguliert.

Analyse von Pathomechanismen im Rahmen der Hepatitis-C-Infektion

Das Hepatitis C Virus stellt mit weltweit 170 Millionen infizierten Menschen ein großes gesundheitliches Problem dar. Zwar sind in den letzten Jahren deutliche Fortschritte in der Behandlung der Hepatitis C gemacht worden, gleichwohl ist die Hepatitis C durch das Fehlen eines potenten Impfstoffes weiterhin ein relevantes gesundheitliches Risiko, da sich Infektionsraten auf diesem Wege nicht eindämmen lassen. Der Ansatz dieser Dissertation bestand in der Konstruktion adenoviraler Vektoren, die Anteile des HCV-Genoms beinhalten. Mit Hilfe dieser Vektoren sollten verschiedene Zelltypen transduziert werden, eine Überexpression viraler Proteine initiert werden und Effekte der HCV Proteine HCV-Core und HCV-NS5a ermittelt werden. Diese Dissertationsschrift beschreibt die Konstruktion der adenoviralen Vektoren, die die Hepatitis Gene Core bzw. NS5a tragen. Die Klonierungsschritte werden umfassend aufgezeigt. Darauf aufbauend werden Versuche gezeigt, die die erfolgreiche adenovirale Transduktion in Zielzellen bestätigen. Es werden phänotypische Veränderungen der verschiedenen Zielzellen anhand mikroskopischer Aufnahmen demonstriert. Zusätzlich wird die erfolgreiche Konstruktion der Vektoren durch Detektion der viralen Proteine im Western Blot bestätigt. Es konnte gezeigt werden, dass sich verschiedene Zielzellen mit den Vektoren transduzieren lassen und die Proteinexpression der HCV-Proteine einer dosisabhänigen Expressionskinetik folgt. In weiteren Untersuchungen konnten Veränderungen der Viabilität der Zellen durch die Expression der viralen Proteine HCV-Core und HCV-NS5a gezeigt werden. Durch eine dosisabhängige Herunterregulation des anti-apoptoischen Proteins MCL-1 ist das Gesamtüberleben der Zellen vermindert. Die Wachstumskinetik der transduzierten Zellen ist signifikant herabgesetzt.