Molecular and cellular basis of phosphatidylserine receptors mediated flavivirus infection

par Ophélie Dejarnac

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie. Hématologie et Oncologie

Sous la direction de Ali Amara.

Soutenue le 15-09-2017

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Hématologie, oncogenèse et biothérapies (Paris) , en partenariat avec Pathologie et virologie moléculaire (Paris) (laboratoire) et de Université Paris Diderot - Paris 7 (établissement de préparation) .

  • Titre traduit

    Rôle des récepteurs à la phosphatidylsérine lors de l'infection par les flavivirus


  • Résumé

    Le virus de la dengue (DENV) et le virus Zika (ZIKV) sont deux virus transmis par le moustique et responsables de maladies importantes chez l’Homme. En absence de vaccin et de traitements antiviraux efficaces, ces pathogènes représentent des problèmes de santé publique majeurs. Les bases moléculaires des interactions qu’établissent le DENV et ZIKV et la cellule hôte lors de l’entrée virale sont peu connues. Notre laboratoire a récemment identifié, les protéines TIM (TIM-1 et TIM-4) et TAM (Tyro3 et Axl), deux familles de récepteurs à la phosphatidylsérine (PtdSer) impliqués dans la reconnaissance et l’élimination des cellules apoptotiques par phagocytose, comme de nouveaux facteurs d’entrée du DENV. Les récepteurs TIM et TAM permettent l’infection par le DENV en interagissant avec la PtdSer associée aux virions selon un mécanisme similaire à la reconnaissance des cellules apoptotiques (mimétisme apoptotique). L’objectif général de mon travail de thèse a été d’explorer les mécanismes moléculaires et cellulaires par lesquels TIM-1 et Axl médient l’entrée des flavivirus. A l’aide de techniques d’imagerie en temps réel nous avons montré que TIM-1 et DENV sont co-internalisés et que TIM-1 joue un rôle actif dans l’entrée du DENV. Notamment, nous avons montré que deux résidus lysine présentes dans le domaine cytoplasmique de TIM-1 sont importantes pour l’ubiquitination du récepteur et pour l’endocytose du virus. La recherche de partenaires de TIM-1 par des études de spectrométrie de masse a permis d’identifier STAM, un membre du complexe ESCRT-0 impliqué dans le trafic des récepteurs ubiquitinés, comme facteur important pour l’infection. Collectivement, nos résultats suggèrent très fortement que TIM-1 est le premier récepteur bona fide caractérisé pour le DENV.Identifier les facteurs d’entrée du ZIKV représente un enjeu majeur dans la compréhension du tropisme et de la pathogénèse associée à ce virus. Nous avons montré que le récepteur Axl est essentiel pour l’entrée du ZIKV dans les cellules microgliales, les astrocytes du cerveau humain en développement ainsi que dans les fibroblastes de la peau. Nos études ont démontré un double rôle du récepteur Axl dans l’infection par ZIKV. Axl lie et permet l’internalisation des particules virales, mais aussi, contribue à l’établissement d’un environnement favorable à la réplication virale en inhibant la réponse immunitaire innée. En conclusion, ce travail a contribué à améliorer notre compréhension des mécanismes d’entrée des virus DENV et ZIKV. Nos résultats indiquent que ces deux virus exploitent plusieurs récepteurs aux phospholipides pour initier leur cycle infectieux, ce qui pourrait contribuer à l’élargissement de leur tropisme.


  • Résumé

    Dengue virus (DENV) and ZIKA virus (ZIKV) are two mosquito-borne viruses responsible for important diseases in humans. Since there is currently no vaccine neither antiviral treatment available against these human pathogens, they are two major health concerns. The molecular basis of DENV and ZIKV host cell interactions leading to virus entry are poorly understood, hampering the discovery of new targets for antiviral intervention. Our laboratory recently discovered that TIM (TIM-1 and TIM-4) and TAM (Tyro3 and Axl) proteins, two receptor families that contribute to the phosphatidylserine (PtdSer)-dependent phagocytic removal of apoptotic cells, are DENV entry factors. TIM and TAM receptors mediate DENV infection by interacting with virion-associated PtdSer through a mechanism similar to the recognition and engulfment of apoptotic cells by phagocytes (viral apoptotic mimicry). The general objective of my PhD was to establish a detailed understanding of the molecular mechanisms by which TIM-1 and Axl mediated infection. Using live imaging, we demonstrated that TIM-1 and DENV are co-internalised and TIM-1 play an active role during DENV endocytosis. We showed that TIM-1 cytoplasmic domain is essential for DENV internalization, especially, we identified two lysine residues that are essential for TIM-1 ubiquitination and DENV endocytosis. Proteomic analysis of TIM-1 interacting partners identified STAM, a member of the ESCRT-0 complex involved in intracellular sorting of ubiquitinated cargos, as an essential host factor for DENV infection. Collectively our results establish TIM-1 as the first identified DENV bona fide receptor.Identifying ZIKV entry factors represents a major challenge in the understanding of ZIKV tropism and pathogenesis. We showed that Axl is responsible for ZIKV infection of microglial cells and astrocytes in the human developing brain and primary fibroblasts in human skin, suggesting an important role of this receptor during ZIKV life cycle. We also highlighted the dual role of the Axl receptor in ZIKV infection, which simultaneously promotes viral entry and dampens the innate immune response to facilitate a post entry step of the ZIKV life cycle. In conclusion, this work provided new insights in our understanding of the DENV and ZIKV entry program. Both viruses engage phospholipid receptors for their infectious entry, providing a rational to ascertain therapeutic strategies targeting virion-associated phospholipids.

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