Rôle des cellules gliales dans l'infection de la rage

Role of glial cells during rabies virus infection

• Auteur / Autrice : Lena Feige
• Direction : Hervé Bourhy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Infectiologie
• Date : Soutenance le 03/12/2021
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Lyssavirus, épidémiologie et neuropathologie (Paris ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Structure de recherche : Institut Pasteur. Département de Santé globale (2019-….)
• Jury : Président / Présidente : Pierre-Emmanuel Ceccaldi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Bourhy, Pierre-Emmanuel Ceccaldi, Christine Goffinet, Karl-Klaus Conzelmann, Carole Escartin, Anastassia V. Komarova, Arpiar Saunders, Jean-Pierre Peron
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christine Goffinet, Karl-Klaus Conzelmann

Mots clés

Mots clés contrôlés

Immunité innée

Virus de la rage

Microglie

Astrocytes

Résistance aux maladies

Virus rabique

Microglie

Mots clés libres

Astrocyte

Microglie

Virus de la Rage

Immunité innée

Astrocytes

Microglia

Rabies virus

Innate immunity

Résumé

La rage, l'une des zoonoses les plus mortelles connues, cause toujours 60 000 décès humains chaque année (Fooks et al., 2014). Dès son entrée dans le système nerveux central (SNC), le virus de la rage (RABV) préserve le réseau neuronal en limitant l'apoptose et l'inflammation (Baloul et Lafon, 2003). L'évasion immunitaire est médiée par les fonctions accessoires des protéines rabique, en particulier la protéine de matrice (protéine M) et la phosphoprotéine (protéine P) qui interfèrent avec la réponse antivirale médiée par la cellule hôte en modulant les voies NF-kB et JAK-STAT (Wiltzer et al., 2012, 2014 ; Lieu et al., 2013 ; Ben Khalifa et al., 2016 ; Besson et al., 2017). À ce jour, nous ne comprenons pas pleinement les facteurs déterminant le tropisme du RABV et pourquoi les cellules gliales sont incapables d'éliminer le virus du cerveau infecté. Le tropisme viral, ou la spécificité d'un virus particulier à infecter un certain type de cellules, est crucial pour déterminer la réplication du virus, la propagation virale et, finalement, la survie de l'hôte. Le tropisme cellulaire repose sur deux déterminants majeurs, l'expression des récepteurs d'entrée qui permettent l'entrée du virus et la réponse immunitaire cellulaire qui permet ou restreint la réplication virale (McFadden et al., 2009). Bien que classiquement qualifiée de strictement neurotrope, une publication récente a souligné la sensibilité des cellules gliales, en particulier des astrocytes et des cellules de Schwann, à l'infection par le RABV in vivo (Potratz, LM Zaeck, et al., 2020 ; Potratz, L. Zaeck, et al., 2020). Le RABV utilise plusieurs récepteurs pour pénétrer dans les cellules via l'endocytose médiée par la clathrine (Etessami et al., 2000 ; Le Blanc et al., 2005 ; Piccinotti, Kirchhausen et Whelan, 2013). Cependant, ces récepteurs largement exprimés ne sont pas essentiels pour l'entrée du RABV en soi (Dietzschold et al., 1985) remettant en cause un tropisme cellulaire marqué. Ainsi, l'objectif global de ce projet de recherche visait à étudier les susceptibilités et les réponses immunitaires innées des neurones et des cellules gliales au cours de l'infection par le RABV in vitro afin de comprendre leurs rôles respectifs et complémentaires au cours de la physiopathologie de la rage. Les réponses inflammatoires et le mécanisme antiviral ont été étudiés à l'aide de deux souches RABV: la souche Tha hautement pathogène pour le chien et la souche Th2P-4M moins virulente. Th2P-4M possède le même bagage fond génétique que Tha, à l'exception de six mutations introduites artificiellement dans les protéines virales P et M qui abolissent l'interférence impliquant les voies NF-kB et JAK-STAT (Sonthonnax et al., 2019). L'étude de la susceptibilité de différents types cellulaires a révélé que les neurones et les astrocytes dérivés des cellules souches neuronales étaient très sensibles à l'infection par Tha-eGFP et Th2P-4M-eGFP, tandis que la microglie dérivée d'iPSC n'était pas sensible à Tha-eGFP ni à Th2P-4M-eGFP in vitro. De plus, j'ai montré que la réponse immunitaire innée des cellules du SNC à l'infection par le RABV in vitro varie fortement selon le type de cellules étudié. Alors que les neurones activent peu de voies de signalisation antivirales pour restreindre l'infection par Tha, les astrocytes et la microglie montrent de fortes réponses immunitaires antivirales contre Tha. Outre le rôle des cellules gliales dans la restriction de la réplication du RABV, nous apportons la preuve que le neurotropisme du RABV ne dépend pas seulement de la structure de la protéine G du RABV (Mebatsion, Konig et Conzelmann, 1996 ; Etessami et al., 2000) ou de l'expression des récepteurs de surface au RABV (Lafon, 2005), mais aussi des fonctions accessoires des protéines virales P et M dans l'évasion immunitaire à médiation virale.

Rabies, one of the deadliest known zoonotic diseases, is still causing 60.000 human deaths annually (Fooks et al., 2014). Upon central nervous system (CNS) entry, neurotropic rabies virus (RABV) preserves the neural network by limiting apoptosis and inflammation (Baloul and Lafon, 2003). Immune evasion is mediated via accessory functions of RABV proteins particularly RABV matrix protein (M-protein) and phosphoprotein (P-protein) which interfere with the host cell-mediated antiviral response by modulating NF-kB and JAK-STAT pathways (Wiltzer et al., 2012, 2014; Lieu et al., 2013; Ben Khalifa et al., 2016; Besson et al., 2017). To date, we do not fully understand the factors determining RABV tropism and why glial cells are unable to clear RABV from the infected brain. Viral tropism, or the specificity of a particular virus to infect a certain cell type, is crucial in determining virus replication, viral spread, and ultimately host survival. Cellular tropism relies on two major determinants, the expression of entry receptors which enables virus entry and the cellular immune response which allows or restricts productive viral replication (McFadden et al., 2009). Although classically referred to as strictly neurotropic, recent publication emphasized susceptibility of glial cells, particularly astrocytes and Schwann cells, to RABV infection in vivo (Potratz, L. M. Zaeck, et al., 2020; Potratz, L. Zaeck, et al., 2020). RABV uses several receptors to enter cells via clathrin-mediated endocytosis (Etessami et al., 2000; Le Blanc et al., 2005; Piccinotti, Kirchhausen and Whelan, 2013). However, those widely expressed receptors are not essential for RABV entry per se (Dietzschold et al., 1985) questioning a marked cellular tropism. Hence, the global objective of this research project aimed to study the susceptibilities and innate immune responses of neuronal and glial cells during RABV infection in vitro to understand their respective and complementary roles during RABV pathophysiology. Inflammatory responses and antiviral mechanism were studied using two RABV strains: the highly pathogenic RABV dog strain Tha and the less virulent Th2P-4M. Th2P-4M harbours the same genetic background as Tha, except for six artificially introduced mutations in viral P- and M-proteins which abolish RABV-mediated interference with NF-kB and JAK-STAT pathways (Sonthonnax et al., 2019). Investigating cellular susceptibilities revealed that hNSC-derived neurons (hiNeurons) and astrocytes (hiAstrocytes) were highly susceptible towards Tha-eGFP and Th2P-4M-eGFP infection in vitro, whereas iPSC-derived microglia (hiMicros) were not susceptible towards Tha-eGFP nor Th2P-4M-eGFP infection. Additionally, we showed that innate immune responses of CNS cell types towards RABV infection strongly vary according to the CNS cell type investigated: whereas neurons lack major antiviral signalling pathways to restrict Tha infection, astrocytes and microglia mount strong antiviral immune responses towards Tha infection in vitro. Apart from the role of glial cells in restricting RABV replication, we provide evidence that RABV neurotropism relies on more than simply the structure of the RABV G-protein (Mebatsion, Konig and Conzelmann, 1996; Etessami et al., 2000) or the expression of RABV surface receptors (Lafon, 2005) but accessory functions of viral P- and M-proteins in viral-mediated immune evasion.