Chikungunya virus nonstructural proteins regulate replication fidelity and pathogenicity in vivo

• Auteur / Autrice : Kathryn Rozen-Gagnon
• Direction : Marco Vignuzzi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie et virologie
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Virus chikungunya

Virus à ARN

Virus -- Reproduction (biologie)

Moustiques -- Vecteurs de maladies

Résumé

Le virus Chikungunya (CHIKV) est un arbovirus ré-émergent mais aussi l'alphavirus le plus responsable de maladie humaine. La réplication de CHIKV est assujettie d'erreurs ; c'est une caractéristique de tous les virus à ARN, qui présentent les taux de mutation les plus élevés de la nature. Par conséquent, un seul virus génère des millions de descendance virale qui portent de mutations distinctes dans leurs génomes. Ces populations peuvent être décrites comme une quasi-espèce, car la population agira comme (quasi) une unité d'évolution unique (espèces). La diversité de la population virale a des implications importantes dans la biologie du virus à ARN et son évolution, et il a été prouvé que les taux de mutation virale ont été optimisées au fil du temps. Les taux de mutation doivent être suffisamment élevés pour générer de nouveaux variants, ce qui permet une adaptabilité rapide dans des environnements changeants. Toutefois, si les taux de mutation sont trop élevés, l'intégrité du génome est perdue. La découverte récente de variants de fidélité a souligné l'importance du maintien d'un taux de mutation idéal. Les variants de fidélité sont des virus qui présentent des taux de mutation modifiés, entraînant une restriction (antimutateur) ou une expansion (mutateur) des quasi-espèces virales. En général, ces variants contiennent des mutations dans l'ARN polymérase ARN-dépendante (RdRp) qui modifient la fidélité intrinsèque. Mais, on ne sait pas comment la diversité affecte le fitness et le phénotype des arbovirus. Nous avons retrouvé des variants mutateurs de CHIKV avec des fréquences de mutation plus élevés que le virus sauvage et les caractérises in vitro et in vivo.

Arboviruses cycle through both vertebrates and invertebrates, which requires them to adapt to disparate hosts while maintaining genetic integrity during genome replication. To study the genetic mechanisms and determinants of these processes, we use chikungunya virus (CHIKV), a re-emerging human pathogen transmitted by the Aedes mosquito. We isolated novel mutators with decreased replication fidelity and higher mutation frequencies, allowing us to examine the fitness of error-prone arbovirus variants. Although CHIKV mutators displayed no major replication defects in mammalian cell culture, they were attenuated in vivo. Unexpectedly, mutator phenotypes were suppressed in mosquito cells and the variants exhibited significant defects in RNA synthesis. Consequently, these replication defects resulted in strong selection for reversion during inection of mosquitoes. Since residue 483 is conserved among alphaviruses, we examined the analogous mutations in Sindbis virus (SINV), which also reduced polymerase fidelity and generated replication defects in mosquito cells. However, replication defects were mosquito cell-specific and were not observed in Drosophila S2 cells, allowing us to evaluate the potential attenuation of mutators in insect models where pressure for reversion was absent. Indeed, the SINV mutator variant was attenuated in fruit flies. These findings confirm that residue 483 is a determinant regulating alphavirus polymerase fidelity and demonstrate proof of principle that arboviruses can be attenuated in mammalian and insect hosts by reducing fidelity.