Conséquences de l'infection des virus influenza sur l'appareillage membranaire et la signalisation de stress cellulaire

Influenza viral infection consequences on endomembrane dynamics and stress signaling

• Auteur / Autrice : Irene Pila Castellanos
• Direction : Etienne Morel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance le 22/06/2020
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Necker Enfants-Malades (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Florence Niedergang
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florence Niedergang, Damien Arnoult, Caroline Goujon, Alessia Ruggieri, Mathieu Coureuil
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Damien Arnoult, Caroline Goujon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résistance aux maladies

Mitochondries

Influenzavirus

Mots clés libres

Influenza

Morphodynamique mitochondriale

Sites de contact réticulum endoplasmique-mitochondries

Immunité innée

Médicaments antiviraux

Protéines NEET

Influenza

Mitochondria morphodynamics

Endoplasmic reticulum-mitochondria contact sites

Innate immunity

Antiviral drugs

NEET proteins

Résumé

Les virus influenza constituent une menace majeure pour la santé publique. Lors de l'internalisation et de la réplication du virus, les cellules hôtes subissent des modifications au niveau des endomembranes, notamment compris celles utilisés pour le trafic intracellulaire et la réplication du virus. Le but de mon projet doctoral fut de comprendre l'importance de potentiels changements morphologiques au niveau des organelles intracellulaires et de leur implication dans la réplication de certains virus. J'ai ainsi pu montrer que l'infection par le virus de la grippe modifie la morphodynamique des mitochondries en favorisant leur élongation et en altérant les contacts membranaires entre réticulum endoplasmique (RE) et mitochondries dans les cellules hôtes. L'hyper-élongation des mitochondries induit par le virus est favorisée par la relocalisation de la protéine de fission DRP1 dans le cytosol, ce qui suggère un statut pro-fusion mitochondrial. De plus, nous avons pu identifier une molécule (Mito-C) qui est adressée aux mitochondries et provoque rapidement la fragmentation du réseau mitochondrial. Les analyses biochimiques révèlent que Mito-C cible la famille des protéines NEET, décrites pour avoir un rôle sur l'homéostasie du fer et des ROS au niveau mitochondrial. L'une de ces protéines, NAF-1, est ici pour la première fois suggérée de jouer un rôle comme régulateur de la morphodynamique des mitochondries. Enfin j'ai pu montrer que la modification de l'hyperfusion mitochondriale et la restauration de sites de contact RE-mitochondrie avec le traitement Mito-C est suffisante pour réduire considérablement la réplication de la grippe (et de la dengue, également connu pour provoquer une élongation de la mitochondrie) et pour restaurer la morphodynamique mitochondriale dans les cellules infectées. Nous proposons que l'effet antiviral est directement lié à la régulation de l'immunité innée, via la voie de signalisation RIG-I. En conclusion, mon travail de thèse a permis de souligner l'importance du dialogue entre la morphodynamique mitochondriale, les sites de contact RE-mitochondrie et l'immunité innée dans le contexte de l'infection par le virus de la grippe. De plus, NAF-1 peut désormais être identifiée comme une nouvelle cible thérapeutique dans la recherche de drogues antivirales et dans d'autres pathologies où l'altération de la dynamique des mitochondries fait partie de l'étiologie de la maladie.

Influenza viruses are a major public health threat considering their high rates of fatality and morbidity. Upon virus entry, host cells experience modifications in endomembranes and organelles, including those used for virus trafficking and replication. Better understanding how viral infection could alter specifically organelles morphodynamics and contribute to cell adaptation to viral replication is essential to develop innovative anti-viral therapeutics strategies. The goal of my PhD project was to investigate endomembranes alteration during influenza viral infection. Using stress-adapted experimental framework, I show that influenza virus infection modifies mitochondria morphodynamics by promoting mitochondrial elongation and by altering endoplasmic reticulum (ER)-mitochondria tethering in host cells. My results suggest that virus induced mitochondria hyper-elongation is promoted by fission associated protein DRP1 relocalization to the cytosol, thus enhancing a pro-fusion status. Moreover, we identify a small organic molecule, we named Mito-C, which is addressed to mitochondria and rapidly provokes mitochondrial network fragmentation. Biochemical analyses reveal that Mito-C target the NEET protein family, previously reported to regulate mitochondrial iron and ROS homeostasis. One of the NEET proteins, NAF-1, is proposed in this study for the first time to play a role in regulation of mitochondria morphodynamics. Finally, I show that altering mitochondrial hyper-fusion with Mito-C and restoring endoplasmic reticulum-mitochondria contact sites, was sufficient to dramatically reduce influenza (and Dengue replication, also known to cause viral-induced mitochondria elongation) and to restore mitochondrial morphodynamics in infected cells. We propose that the observed Mito-C antiviral property is directly connected with innate immunity signaling RIG-I complex at mitochondria. In conclusion, the results of my PhD project highlight the importance of mitochondrial morphodynamics, ER-mitochondria contacts sites and innate immunity machineries dialog in the context of influenza viral infection. Furthermore, NAF-1 could now be identified as an important therapeutic target in antiviral research and in other pathologies where altered mitochondria dynamics is part of disease etiology.