Modifications morphologiques et métaboliques du réticulum endoplasmique et des mitochondries par les flavivirus

Freppel, Wesley (2023). Modifications morphologiques et métaboliques du réticulum endoplasmique et des mitochondries par les flavivirus Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en en immunologie et virologie, 278 p.

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Résumé

En l'absence de traitements ou de vaccins, les infections par les virus de la dengue (VDEN) et Zika (VZIK), constituent un enjeu majeur de santé publique dans le monde. Lors de l’infection, les VDEN et VZIK remodèlent le réticulum endoplasmique (ER) pour former des usines de réplication virale (URv) qui incluent les convolutions de membrane (CM). De plus, ils induisent l'élongation des mitochondries (par NS4B pour VDEN) en faveur de la réplication virale suggérant une modulation des fonctions mitochondriales. Des observations antérieures ont identifié des contacts physiques entre les mitochondries et les CM en même temps qu'une diminution des contacts de l’interface réticulo-mitochondriale (IRM). Par conséquent, nous avons étendu nos recherches au niveau moléculaire, par comment les VDEN et VZIK exploitent l’IRM pour leur réplication, et si cela modifie le métabolisme respiratoire mitochondriale et l'apoptose. Des analyses en microscopie électronique à transmission démontrent que les VDEN et VZIK altèrent l’IRM. Celle-ci repose sur plusieurs interactions entre des protéines situées à la surface des deux organites, telles que PTPIP51-VAPB, SYNJ2BP-RRBP1 ou VDAC1-IP3R1. L'infection par les VDEN et VZIK induit une altération globale de ces interactions. Simultanément, l'infection virale altère le profil d'expression de RRBP1 et SYNJ2BP, suggérant qu'ils ciblent spécifiquement cette interaction protéine-protéine. Par ailleurs, l'inhibition de l'expression des protéines de l’IRM augmente la réplication virale, ce qui soutient que l’IRM est altérée au bénéfice de la réplication virale. De plus, l'infection par VDEN/VZIK et l'expression de NS4B modulent de manière significative la phosphorylation oxydative mitochondriale. Nos analyses métabolomiques et mitoprotéomiques révèle que cela est corrélé à une diminution de l'abondance de plusieurs métabolites du cycle de Krebs et à des changements dans la stoechiométrie des protéines de la chaîne de transport d'électrons. Par ailleurs, la déstabilisation de l’IRM par diminution de l'expression de protéines lors de l'infection virale entraîne une diminution drastique de l'apoptose, démontrant l'importance de l'altération de l’IRM par VDEN et VZIK pour leur réplication. Dans l'ensemble, nos données suggèrent fortement que les perturbations morphologiques des mitochondries par les VDEN et VZIK modulent leur activité métabolique via NS4B pour répondre aux besoins énergétiques du cycle de réplication virale. Cette étude soutient également un modèle selon lequel ces virus perturbent l’IRM afin de s'approprier des facteurs spécifiques de l’hôte nécessaires à la morphogenèse des CM et de diminuer ou retarder des mécanismes cellulaires importants défavorables au cycle de vie des Flavivirus.

With no available treatments or vaccines, infections with dengue virus (DENV) or Zika virus (ZIKV constitute an important public health concern worldwide. During infection, DENV and ZIKV remodel the endoplasmic reticulum (ER) to form viral replication organelles (vRO) that include convoluted membranes (CM). In addition, these pathogens induce the elongation of mitochondria (via NS4B for DENV) in favour of viral replication suggesting a modulation of mitochondria functions. Previous observations identified physical contacts between mitochondria and CM concomitantly with a decrease of ER-mitochondria contacts (ERMC). In this project, we have extended our study to investigate at the molecular level how DENV and ZIKV take advantage of ERMC structures to their replication and whether this modulates the respiratory metabolism and apoptosis. Extensive transmission electron microscopy-based analysis demonstrated that both DENV and ZIKV alter ERMCs. Stable ERMCs rely on specialized tethering protein complexes located at the surface of both organelles, such as VAPB-PTPIP51, RRBP1-SYNJ2BP and IP3R1-VDAC1. DENV and ZIKV infection induced an overall alteration of ERMCs protein-protein interactions. Interestingly, flaviviral infection altered the expression profile of both RRBP1 and SYNJ2BP, suggesting that they specifically target this tethering complex. Importantly, expression knockdown of ERMC proteins increased virus replication, supporting that ERMCs are altered for the benefit of viral replication. Furthermore, DENV or ZIKV infection as well as NS4B expression markedly modulated mitochondrial oxygen consumption rate. Our metabolomic and mitoproteomic analyses revealed that this correlated with a decrease in the abundance of several metabolites of the Krebs cycle and with changes in the stoichiometry of the proteins of the electron transport chain. Most importantly, ERMC destabilization by protein knockdown showed a decrease in virus-induced apoptosis demonstrating the importance of ERMC alteration by DENV and ZIKV for a sustained replication. Overall, our data strongly suggest that the morphological perturbations of mitochondria by DENV and ZIKV modulate their metabolic activity via NS4B to sustain the energetic needs of the viral replication cycle. This study further supports a model in which these viruses perturb ERMCs to hijack specific host factors that are required for CM morphogenesis and decrease or delay important cellular mechanisms unfavourable for flaviviruses life cycle.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Chatel-Chaix, Laurent
Mots-clés libres:	Virus de la dengue; virus Zika; réticulum endoplasmique; mitochondrie; métabolisme; Dengue virus; Zika virus; endoplasmic reticulum; mitochondria; metabolism
Centre:	Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt:	01 juill. 2024 14:13
Dernière modification:	01 juill. 2024 14:13
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/15791

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