Mechanistic study and prediction of influenza A virus genetic reassortment
[Étude mécanistique et prédiction du réassortiment génétique du virus grippal A]
par Kuang-Yu CHEN sous la direction de Nadia NAFFAKH et de Catherine ISEL
Thèse de doctorat en Infectiologie
ED 562 Bio Sorbonne Paris Cité

Soutenue le lundi 25 novembre 2019 à Université Paris Cité

Sujets
  • ARN -- Réplication
  • Dimérisation
  • Influenzavirus A
  • Microfluidique
  • PCR (génétique)
  • Recombinaison génétique
  • Virus -- Reproduction
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Mots clés
Polymérase grippale, RNA-seq en cellule-unique
Resumé
La nature segmentée du génome des virus de la grippe A (IAV) permet une évolution rapide par réassortiment génétique. Bien que le nombre théorique de génotypes issus d'un réassortiment entre deux virus soit de 256 (28), la panoplie complète des différents génotypes n'a jamais été observée et certains gènes ont tendance à co-ségréger, suggérant que le réassortiment génétique est biaisé. Cependant, à ce jour, les contraintes qui façonnent le réassortiment génétique restent largement méconnues. L'objectif de mon projet est de progresser dans la compréhension des règles sous-jacentes au réassortiment génétique afin d'améliorer notre capacité à prédire le réassortiment entre les IAV circulant dans la nature.Nous avons dans un premier temps étudié l'incompatibilité entre sous-unités hétérologues de la polymérase virale (FluPol) réunies suite à un réassortiment génétique. En effet, nous avons observé qu'un virus réassortant dont le segment PB2 dérive du virus A/WSN/33 (WSN) dans un fond génétique A/PR/8/34 (PR8) était atténué, malgré un degré d'identité de 97% entre les protéines PR8-PB2 et WSN-PB2. Des passages en série indépendants ont conduit à la sélection de révertants phénotypiques portant des mutations secondaires distinctes sur les sous-unités PA, PB1 et PB2. L'impact de ces mutations a été étudié par génétique inverse et à l'aide de tests d'activité sur les polymérase virales. Pour chaque virus révertant, au moins une mutation a été localisée à l'interface de dimérisation de FluPol et s'est avérée réguler son taux de dimérisation. La mutation PA-E349K en particulier joue un rôle majeur dans la correction d'un défaut initial de réplication virale (ARNc -> ARNv). Nos résultats montrent que les sous-unités de la FluPol co-évoluent non seulement pour assurer des interactions optimales entre sous-unités, mais également des niveaux appropriés de dimérisation, indispensables à une réplication efficace. Ainsi, la dimérisation de la FluPol pourrait être l'un des facteurs limitant l'issue du réassortiment génétique.Parallèlement, afin d'étudier le réassortiment génétique de manière exhaustive et avec une puissance statistique suffisante, nous avons cherché à adapter un système déjà éprouvé de microfluidique en goutte pour un séquençage ciblé, à haut débit et massivement parallélisé, de > 105 IAV issus d'un réassortiment entre deux IAVs. Pour établir la faisabilité du système deux souches virales saisonnières circulantes ont été choisies et des amorces ciblant les huit segments d'ARNv de chaque virus ont été conçues, testées et optimisées. Une expérience contrôle préliminaire réalisée sur des cellules uniques infectées individuellement, montre que les informations sont correctement préservées au niveau de la cellule unique mais que la détection des segments et des souches était déséquilibrée. De nouvelles amorces ont été conçues et des stratégies d'amplification alternatives mises en œuvre et optimisées. Après analyse du réassortiment entre les deux souches saisonnières et validation des données par comparaison avec les données de surveillance, notre système sera appliqué au réassortiment génétique entre les virus saisonniers humains et les virus animaux d'intérêt zoonotique.À long terme, les données générées via notre plateforme devraient aider à la compréhension des mécanismes de réassortiment génétique entre virus influenza. Notre plateforme pourrait également devenir un outil prédictif s'ajoutant aux outils d'évaluation du risque de pandémie grippale ainsi qu'un outil de surveillance.