Combinaison de la différenciation cellulaire et de l'hypoxie physiologique pour l'étude in vitro du virus de l'hépatite C : extension à d'autres Flaviviridae

Differentiated cells in physiological hypoxia as an in vitro model for the study of the hepatitis C virus : extension to other flaviviridae

• Auteur / Autrice : Jade Cochard
• Direction : Philippe Chouteau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 27/10/2021
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Morphogénèse et antigénicité du VIH et des virus des hépatites et émergents. Tours
• Jury : Président / Présidente : Antoine Touzé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrice André, Hervé Lerat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mirjam Zeisel, Annette Martin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Facteurs de transcription

Physiopathologie

Virus Zika

Virus de la dengue

Virus -- Reproduction (biologie)

Teneur en oxygène

Cellules

Tests de toxicité in vitro

Anoxie

Différenciation cellulaire

Cultures cellulaires

Virus de l'hépatite C

Mots clés libres

Virus de l'Hépatite C

Différenciation cellulaire

Hypoxie

Virus de la Dengue

Virus Zika

Hepatitis C Virus

Cellular Differentiation

Hypoxia

Dengue virus

Zika virus

Résumé

La concentration en oxygène dans les différents organes du corps humain est naturellement plus faible que dans l'atmosphère (21% d'O2 - normoxie), notamment dans le foie où elle est comprise entre 3% et 8% d'O2 (hypoxie). Par ailleurs, bien que de degrés divers, les virus de la famille des Flaviviridae présentent un tropisme hépatique. Or, la très grande majorité des travaux menés in vitro pour l'étude de ces virus est classiquement réalisée sous une concentration atmosphérique en oxygène. Il a pourtant été clairement montré que plusieurs voies cellulaires d'importance (croissance cellulaire, survie, métabolisme énergétique et lipidique) sont fortement impactées par la concentration intracellulaire en oxygène, suggérant à la fois que les cycles viraux mais aussi que les conséquences cellulaires d'infection par les Flaviviridae pourraient être très lourdement modifiés par l'oxygène moléculaire disponible au sein de la cellule. Cette thèse s'est intéressée à l'étude in vitro de certains virus de la famille des Flaviviridae, et plus particulièrement au virus de l'hépatite C (VHC) dans un environnement hypoxique. Dans un premier temps, un modèle de culture cellulaire basé sur la combinaison de la différenciation cellulaire et de l'hypoxie prolongée a été développé et caractérisé. Plusieurs acteurs cellulaires d'intérêt pour le cycle du VHC sont favorisés dans ce système cellulaire (accumulation de gouttelettes lipidiques et sécrétion de lipoprotéines riches en ApoE). Dans des cellules Huh7.5 infectées expérimentalement, la combinaison de ces paramètres permet alors la production de particules virales hautement infectieuses, incorporant une grande quantité de lipides, caractéristiques non partagées avec celles produites par les cellules non différenciées et cultivées en normoxie. Ces particules virales du VHC sont également structurellement proches de celles isolées à partir d'un sérum de patient infecté. Ce modèle cellulaire, plus proche de l'environnement hépatique ouvre de nouvelles perspectives quant aux étapes tardives du cycle du VHC, jusqu'alors peu décrites. De façon tout à fait intéressante, ces conditions de culture représentent un environnement également favorable pour le cycle du virus de la Dengue, dont l'hépatotropisme et le cycle viral présente des similitudes importantes avec celui du VHC. Enfin, les travaux menés durant cette thèse ont également permis d'identifier un comportement particulier du virus Zika (ZIKV) lorsqu'il est cultivé sous une concentration physiologique en oxygène. En effet, l'efficacité du cycle viral en cellules cultivées en hypoxie prolongée est significativement diminuée, accompagnant une importante mortalité cellulaire. Ces travaux indiquent une dégradation viro-dépendante, par une voie non conventionnelle, de facteurs de transcription (HIFs) indispensables à l'adaptation cellulaire aux faibles concentrations en oxygène. Si cette voie d'atteinte cellulaire en conditions physiologiques d'oxygénation est confirmée, elle ouvrirait de nouvelles perspectives de compréhension de la physiopathologie associée à l'infection par le ZIKV. En somme, ce travail a permis de mettre en évidence l'importance de respecter une concentration physiologique en oxygène, avec et sans différenciation cellulaire, pour l'étude des virus de la famille des Flaviviridae. Plus largement, il pourrait contribuer à une meilleure compréhension des cycles viraux des virus hépatotropes ainsi que des dérèglements cellulaires viro-induit.

Oxygen concentration in human body's organs is naturally lower than in atmosphere (21% O2 - normoxia), particularly in the liver where oxygen is measured between 3% and 8% O2 (hypoxia). Moreover, despite differences, viruses that belong to the Flaviviridae family infect the liver. Nevertheless, in vitro studies of these viruses are usually performed under an atmospheric oxygen concentration (normoxia - 21% O2). It has however been shown that a large proportion of cellular pathways (cell growth and survival, energetic and lipid metabolism) are impacted by low oxygen tensions, suggesting that both viral cycles and cellular pathways during Flaviviridae's infections could be largely modified. This thesis focused on the in vitro study of some viruses of the Flaviviridae family and more particularly on the hepatitis C virus (HCV) in an hypoxic environment. First, a cell culture model, based on both cellular differentiation and prolonged hypoxia has been developed and characterized. Several cellular features of interest for HCV's life cycle are improved in this model (large lipid droplet accumulation and ApoE-rich lipoproteins). Indeed, this HCV-infected cell culture model allows the production of lipid-rich, highly infectious HCV particles, characteristics that are not shared with those produced by undifferentiated, normoxia-cultured cells. These HCV particles are also structurally close to the ones isolated from an infected patient. The differentiated hypoxia-cultured cells model, which is closer to the natural hepatic environment provides new perspectives on late stages of HCV's life cycle, which are poorly described. Interestingly, these cell culture conditions were also favorable for Dengue virus, the hepatotropism and cycle of which are similar to those observed for HCV. Finally, during this thesis, a particular behavior of hypoxia-cultured Zika virus (ZIKV) has been identified. ZIKV infection of hypoxia-cultured cells were actually significantly impaired, and paralleled a massive cell death. This work indicates a viro-induced degradation by a non-conventional pathway of the cellular transcription factors (HIFs) that are essential for the cell adaptation to a low oxygen tension. If these results are confirmed, they would provide a deep comprehension on the pathophysiology associated with ZIKV infection. In sum, this work highlighted the importance of respecting oxygen concentration, with or without cell differentiation, for the study of viruses of the Flaviviridae family. More broadly, it could contribute to a better understanding of the viral cycles of hepatotropic viruses as well as viro-induced cell disorders.