The role of p53 during chikungunya virus infection in mammal and insect

par Lucie Cappuccio

Thèse de doctorat en Virologie

Sous la direction de Fabienne Archer, Carine Maisse et de Dimitri Lavillette.

Soutenue le 15-12-2020

à Lyon en cotutelle avec l'Institut Pasteur of Shanghai. Chinese Academy of Sciences , dans le cadre de École Doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation , en partenariat avec Université Claude Bernard (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) et de Infections virales et pathologie comparée (Lyon) (laboratoire) .

Le président du jury était Patrice André.

Le jury était composé de Fabienne Archer, Dimitri Lavillette, Jean-Luc Imler, Megan Stanifer, Yu Wei, Antoine Nougairede.

Les rapporteurs étaient Jean-Luc Imler, Megan Stanifer, Yu Wei.

  • Titre traduit

    Le rôle de p53 au cours de l'infection par le virus du chikungunya chez le mammifère et l'insecte


  • Résumé

    Le virus du chikungunya (CHIKV) appartient au genre des Alphavirus qui peuvent faire partis d’un groupe écologique mais pas taxonomique, nommée les Arboviruses (pour « Arthropod-borne viruses ») signifiant des virus transmis par des arthropodes vecteur hématophages à des hôtes vertébrés, au cours d’un repas sanguin. Les alphavirus sont transmis, principalement par des moustiques, à l’Homme et aux animaux causant des maladies invalidantes. Tandis que le CHIKV induit chez l’Homme une maladie caractérisée par de la fièvre, des maux de tête et une infection aigue typique, elle peut s’accompagner de douleurs articulaires et musculaires persistantes ; alors que chez le moustique l’infection ne semble pas causer de pathologie. A la suite de la réémergence du CHIKV au cours de l’épidémie de 2005-2006 à La Réunion, les interactions entre les alphavirus et leur hôte ou vecteur sont de plus en plus étudiées au niveau cellulaire et moléculaire. En effet, l’identification de facteurs cellulaires et viraux impliqués dans la pathologie de l’Homme et la chronicité du vecteur moustique permettrait de développer des traitements antiviraux. La mort cellulaire programmée (apoptose) et la réponse immunitaire de Type-I assurent une réponse antivirale rapide, participant à l’élimination du virus. De plus, il a été démontré que la protéine p53 joue un rôle central dans la régulation de l’apoptose et dans la voie de signalisation de la réponse interféron de Type-I. Pour finir, il a été suggéré récemment que l’infection d’un insecte par le virus de la Dengue, la morte cellulaire induite par p53 était associée à la permissivité et à la résistance du vecteur. L’objectif de mon travail était d’étudier le rôle possible de la protéine p53 et des isoformes p53 sur la réponse cellulaire et l’infection virale chez le mammifère et l’insecte infectés par des alphavirus, en prenant le virus du chikungunya comme modèle principal et dans une moindre mesure le virus Sindbis. Dans un premier temps, nous avons généré une lignée cellulaire de muscle squelettique humaine délété de la protéine p53 et grâce à une collaboration, nous avons obtenu des souches Drosophila melanogaster p53-/- mutantes. Nous avons observé un effet opposé de la délétion de p53 sur l’infection du chikungunya entre la lignée cellulaire humaine et la drosophile. En effet, nous avons démontré que la délétion de p53 induisait une augmentation de l’infection du CHIKV dans les cellules humaines et une diminution de la réplication virale du CHIKV et du virus Sindbis chez les drosophiles. Plusieurs analyses ont montré que la protéine p53 était impliquée dans la réponse interféron de Type-I, indépendamment de son implication dans la régulation de la mort cellulaire au cours de l’infection du CHIKV dans les cellules humaines. En effet, la délétion de p53 ne permet pas la production d’interféron Bêta et par conséquence la production des gènes cibles de la voie de signalisation. L’activité de p53 sur la réponse immune va être étudiée plus en détails dans des expériences futures. En parallèle, nous avons également montré que la mort cellulaire induite par le virus CHIKV était indépendante de p53 car aucuns des gènes cibles de p53 étudiés n’était régulés et la délétion de p53 n’a pas diminué ou retardé l’induction de la mort cellulaire à la suite de l’infection virale. Dans un deuxième temps, nous avons étudié le rôle possible des isoformes ∆133p53 et ∆40p53 sur l’infection du CHIKV. Pour cela nous avons mis au point (i) des cellules humaines de muscle qui présente une surexpression endogène de l’isoforme ∆40p53, générée par la technologie CRISPR/Cas9 et (ii) un système inductible pour surexprimer transitoirement les protéines des deux isoformes. Nous avons observé que la surexpression endogène de l’isoforme ∆40p53 conduisait à une diminution de l’infection, cependant le mécanisme est inconnu


  • Résumé

    The chikungunya virus (CHIKV) belongs to Alphavirus genus which can be found in an ecological but not taxonomic group named arboviruses (for arthropod-borne viruses) indicating viruses transmitted by an arthropod vector hematophagous to a vertebrate host, during a blood meal. Alphaviruses are transmitted by bloodsucking arthropods, mainly mosquitoes, to humans and animals causing debilitating disease. While in human CHIKV disease is characterized by fever, headache, and a typical acute infection, sometimes followed by persistent arthralgia or myalgia, in mosquito the infection does not seem to cause significant pathology. Since the re-emergency of CHIKV at La Réunion in 2005-2006 Alphavirus-host or vector interactions are more and more studied at the cellular and molecular level. Indeed, the identification of cellular and viral factors involved in the human pathology and mosquito chronicity could allow to develop antiviral treatments. The regulated apoptotic cell death and interferon Type-I immune response are strong antiviral defence participating in rapid viral elimination. Moreover, it has been demonstrated that p53 plays a central role in the regulation of cell death and Type-I interferon signalling pathway during different viral infections. Finally, quite recently it has been suggested that in Dengue virus-infected insect, p53-induced cell death was associated to the permissiveness and resistance of vector. In this way my work was to study the potential role of p53 and p53 isoforms on cellular outcome and viral infection in mammal and insect infected with Alphavirus, mainly chikungunya virus and to a lesser extent Sindbis virus. First, in order to investigate a potential function of p53 on viral infection in mammal and insect, infected with chikungunya virus and Sindbis virus, we have generated p53 knockout human skeletal muscle cell line. In addition, thanks to a collaboration, we obtained Drosophila melanogaster p53-/- mutant strain. We observed an opposite effect of p53 knockout on chikungunya virus infection in in vitro human cells and in vivo in Drosophila melanogaster. Indeed, we have demonstrated an increase in CHIKV infection in p53 knockout human cells and a decrease in CHIKV and Sindbis virus replication in the whole flies p53-/- mutants. Several analyses on CHIKV-infected p53 knockout human cell line have demonstrated an immune antiviral effect of p53 through Type-I interferon production and signalling pathway and a negative impact on neighbouring cells protection. Moreover, it seems that infected-p53 knockout cells are not able to enhance IFN production and signalling. Further experiments are required to decipher the activity of p53 on immune signalling. In parallel, we have shown that CHIKV-induced cell death was p53-independent as no p53 family target genes were regulated and the knockout of p53 did not decreased or delayed the virus-induced cell death. Secondly, we have investigated a possible function of ∆40p53 and ∆133p53 isoforms on CHIKV infection. We have set up and carried out (i) human muscle cell line overexpressing endogenous ∆40p53 using CRISPR/Cas9 technology and (ii) an inducible-system overexpressing ∆40p53 or ∆133p53 protein isoforms. We observed that endogenous overexpression of ∆40p53 isoform led to a decrease in CHIKV infection, but the mechanism remains unclear


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