Metabolic footprint of hepatitis delta virus

par Olga Khomich

Thèse de doctorat en Infectiologie

Sous la direction de Birke Bartosch et de Alexander A. Ivanov.

Soutenue le 07-09-2021

à Lyon en cotutelle avec l'Engelhardt Institute Molecular Biology , dans le cadre de École Doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon) , en partenariat avec Université Claude Bernard (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) et de Centre de Recherche en Cancérologie de Lyon (laboratoire) .

Le président du jury était Fabien Zoulim.

Le jury était composé de Birke Bartosch, Alexander A. Ivanov, John H. Connor, Nathalie Grandvaux, Vsevolod V. Belousov.

Les rapporteurs étaient John H. Connor, Nathalie Grandvaux.


  • Résumé

    Le virus de l'hépatite delta (VHD) est l'agent pathogène responsable du type le plus agressif d'hépatite virale et est souvent accompagné de complications graves, notamment la fibrose hépatique, la cirrhose et le carcinome hépatocellulaire (CHC). Le VHD a besoin du virus de l'hépatite B pour se propager, et la vaccination anti-VHB protège également contre le VHD. Cependant, les options de traitement du VHD sont très limitées. Les mécanismes sous-jacents de la pathologie hépatique induite par le VHD restent mal compris. On ne sait pas grand-chose de l'impact du VHD sur le métabolisme et les fonctions du foie. De plus, les études existantes ont surtout été réalisées sur des cellules de culture tissulaire transformées sur-exprimant les antigènes du VHD. Cette étude a été réalisée en utilisant HepaRG, une lignée de cellules progénitrices du foie non transformée, pour explorer l'impact du VHD sur le métabolisme et les fonctions spécifiques du foie in vitro afin de mieux comprendre la physiopathologie du VHD. Une recherche générale sur l'altération de l'expression des gènes métaboliques a révélé une activation de la biosynthèse de la sérine, de l'asparagine et du glutathion dans les cellules infectées par le VHD. Plusieurs gènes du cycle TCA et du métabolisme des acides gras ont été régulés à la baisse par le VHD. Comme l'activité du cycle TCA est étroitement liée à la respiration mitochondriale, nous avons étudié l'influence du VHD sur les taux de consommation d'oxygène (OCR). Le taux de consommation d'oxygène basal était effectivement plus faible dans les cellules infectées. Cependant, la capacité des cellules à augmenter la respiration (capacité respiratoire de réserve, CRS) était complètement abrogée par le VHD, ce qui suggère que les hépatocytes infectés par le VHD ne sont pas capables de répondre correctement à une demande accrue en ATP. En recherchant le mécanisme sous-jacent, nous avons constaté qu'il n'était pas lié au nombre, à la morphologie ni au potentiel membranaire des mitochondries, et non plus à l'expression des complexes respiratoires, à l'inhibition de la glutaminolyse ou à l'activité de la PDH. Cependant, la quantité de NADH, un substrat du cycle TCA, qui sert de donneur d'électrons pour la chaîne de transport des électrons, était légèrement réduite dans les cellules infectées par le VHD, ce qui indique une possible réduction de l'activité du cycle TCA. Pour confirmer cette théorie, une analyse des flux métaboliques est en cours. Tous les changements métaboliques induits par le VHD se sont avérés d’être du à la production d'IFNβ déclenchée par le virus. L'activation de la synthèse des acides aminés et du glutathion a été régulée par ATF4, induit en aval de l'IFNβ. L'augmentation des niveaux de l'ARNm et de la protéine ATF4 n'a pas impliqué les voies eIF2α et mTORC1. Le taux de transcription, la stabilité de l'ARNm et l'activité de traduction n'ont pas été modifiés, ce qui suggère que la régulation de l'ATF4 peut se produire pendant l'épissage. Les adaptations métaboliques observées n'ont pas modifié la sensibilité des cellules infectées à la privation de glucose/glutamine/sérum et à divers inhibiteurs métaboliques. La modulation du métabolisme n'a pas non plus affecté la réplication du VHD. Cependant, l'augmentation de la synthèse du GSH a rendu les cellules infectées par le VHD beaucoup plus résistantes à la mort cellulaire induit par les oxydants. Enfin, les cellules infectées par le VHD ont montré des signes de dédifférenciation - réduction de la sécrétion d'albumine et de l'activité du cytochrome CYP3A4. Dans l'ensemble, l'infection par VHD des cellules HepaRG induit des changements métaboliques indirectement, via la production d'IFNβ. Ces changements ne semblent pas être directement bénéfiques ou défavorables à la réplication du VHD. Cependant, la résistance accrue aux oxydants et la dédifférenciation peuvent avoir un effet favorable sur le VHD et jouer un rôle dans la pathologie associée.

  • Titre traduit

    L’empreinte métabolique du virus de l'hépatite D


  • Résumé

    Hepatitis delta virus (HDV) is the pathogen responsible for the most aggressive type of viral hepatitis and is often accompanied by severe complications, including liver fibrosis, cirrhosis and hepatocellular carcinoma (HCC). HDV requires hepatitis B virus (HBV) for spread, and anti-HBV vaccination protects also against HDV, however, treatment options for HDV are very limited. Mechanisms of HDV-mediated liver pathology remain poorly understood. Not much is known about the impact of HDV on liver metabolism and functions, furthermore, existing studies were mostly performed in transformed tissue culture cells overexpressing HDV antigens. This study was performed using HepaRG, a non-transformed liver progenitor cell line, to explore the impact of HDV on metabolism and liver specific functions in vitro in order to shed light on the mechanisms underlying the phatophysiology of HDV. A general search for altered expression (mRNA and protein) of metabolic genes revealed activated serine, asparagine and glutathione biosynthesis in HDV-infected cells. This activation was confirmed using metabolome analysis by mass-spectrometry. Several genes from the TCA cycle and fatty acid metabolism were downregulated by HDV. As TCA cycle activity is closely related to mitochondrial respiration, we investigated the influence of HDV on oxygen consumption rates (OCR). Basal OCR was indeed lower in infected cells. However, the ability of cells to increase respiration (spare respiratory capacity, SRC) was completely abrogated by HDV suggesting that HDV-infected hepatocytes are not able to correctly respond to an increased ATP demand. Looking for the underlying mechanism, we found that it was not linked to number, morphology or the membrane potential of mitochondria, nor to expression of respiratory complexes, glutaminolysis inhibition, or PDH activity. However, the amount of a TCA cycle substrate NADH, which serves as an electron donor for the electron transport chain, was slightly reduced in HDV-infected cells, pointing to a possible reduction of TCA cycle activity. To confirm this theory metabolic flux analysis is being performed. All HDV-induced metabolic changes were found to be mediated by IFNβ production triggered by the virus. Activation of amino acid and glutathione synthesis was regulated by ATF4 induced downstream of IFNβ. An increase of ATF4 mRNA and protein levels did not involve eIF2α and mTORC1 pathways. Transcription rate, mRNA stability and translation activity were not altered, suggesting that ATF4 regulation may occur during splicing. The observed metabolic adaptations did not alter sensitivity of the infected cells to glucose/glutamine/serum starvation and various metabolic inhibitors. Modulation of metabolism did not affect HDV replication either. However, the increase of GSH synthesis rendered HDV-infected cells significantly more resistant to oxidant-mediated cell death. Finally, HDV-infected cells showed signs of dedifferentiation – reduced albumin secretion and cytochrome CYP3A4 activity. Taken together, HDV infection in HepaRG cells induces metabolic changes indirectly, via IFNβ production. These changes seem to be not directly beneficial or adverse for HDV replication. However, increased resistance to the oxidants and dedifferentiation may have a favorable effect on HDV and play a role in the associated pathology.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 07-09-2023

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