Étude de l'entrée et de la réplication de deux coronavirus humains : SARS-CoV-2 et HKU1

Study of the entry and replication of two human coronaviruses : SARS-CoV-2 and HKU1

• Auteur / Autrice : Nell Saunders
• Direction : Olivier Schwartz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Infectiologie
• Date : Soutenance le 13/09/2024
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Virologie (Paris ; 2013-....)
• Partenaire(s) de recherche : Structure de recherche : Institut Pasteur. Département de Virologie (2006-….)
• Jury : Président / Présidente : Ali Amara
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Melanie Ott
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Caroline Goujon, Nicolas Meunier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Betacoronavirus

Virus -- Reproduction (biologie)

SARS-CoV-2 (virus)

Mots clés libres

Coronavirus

Récepteur

Anticorps

Fusion

Microscopie

HKU1

SARS-CoV-2

TMPRSS2

Coronavirus

Receptor

Antibody

Fusion

Microscopie

HKU1

SARS-CoV-2

TMPRSS2

Résumé

À ce jour, sept coronavirus ont franchi les barrière inter-espèce pour infecter l'homme. La pandémie COVID19, a ramené l'attention de la communauté scientifique sur ces virus. Cette thèse se concentre sur l'entrée et la réplication de deux coronavirus humains, SARS-CoV-2 et HKU1. Elle est structurée autour de trois axes principaux : deux variants préoccupants du SARS-CoV-2 apparus en 2021 (AY.4.2 et BA.1) sont caractérisés. Nous montrons notamment qu'AY.4.2 ne présente pas de différences majeures en termes de fusogénicité et d'affinité pour ACE2 par rapport à sa souche parentale B.1.617.2. Cependant, AY.4.2 est 1,3 à 3 fois moins neutralisé par les sérums des individus vaccinés que B.1.617.2. Nous observons également une perte partielle de la neutralisation par Imdevimab, un anticorps thérapeutique. Nous montrons ensuite que le variant BA.1 n'est plus neutralisé par les anticorps induits par la vaccination, ni par les anticorps thérapeutiques. Nous montrons que TMPRSS2 agit comme récepteur pour le coronavirus saisonnier HKU1. Tout d'abord, nous démontrons que TMPRSS2 déclenche la fusion cellule-cellule médiée par la protéine Spike de HKU1 et l'infection par le pseudovirus dans un large éventail de lignées cellulaires humaines. Les mutants catalytiquement inactifs de TMPRSS2 ne clivent pas le spicule de HKU1 mais permettent l'infection par des pseudovirus HKU1. Nous montrons une interaction à haute affinité in vitro entre TMPRSS2 et le domaine de liaison au récepteur (RBD) de HKU1. Nous utilisons des nanocorps ciblant TMPRSS2 pour bloquer cette interaction. Nous déterminons ensuite la structure du RBD de HKU1 en complexe avec TMPRSS2. Enfin, nous étudions l'utilisation des TMPRSS2 de différentes espèces par HKU1. Nous étudions le remodelage cellulaire induit par l'infection par SARS-CoV-2. Nous utilisons le microscope holotomographique commercialisé par Nanolive, qui nous permet de faire des images en « label-free ». Nous analysons ces images en partenariat avec Nanolive, qui a développé des algorithmes pour la segmentation des organelles. Cela nous permet de quantifier l'évolution de la masse sèche de différentes organelles pendant l'infection par le SARS-CoV-2. Nos résultats illustrent les différentes stratégies adoptées par les coronavirus humains pour entrer dans les cellules et se répliquer, tout en échappant à la reconnaissance par le système immunitaire de leur hôte.

To this day, seven coronaviruses have spilled over from the animal reservoir into humans. The latest spillover, which caused the COVID19 pandemic brought back the attention of the scientific community to these viruses. This thesis focuses on the entry and replication of two human coronaviruses, SARS-CoV-2 and HKU1. It is structured around three main axes. Two variants of concern of SARS-CoV-2 that emerged in 2021 (AY.4.2 and BA.1) are characterized. We notably show that AY.4.2 does not present major differences in fusogenicity and affinity for ACE2 compared to its parental strain B.1.617.2. However AY.4.2 is 1.3 to 3-fold less neutralized by sera from vaccinated individuals. We also observe a partial loss of neutralization by the therapeutic antibody Imdevimab. We then show that the BA.1 variant escapes neutralization by antibodies induced by vaccination and by almost all therapeutic antibodies. We show TMPRSS2 acts as a receptor for seasonal coronavirus HKU1, a coronavirus causing common colds. First, we show that TMPRSS2 triggers HKU1 spike-mediated cell-cell fusion and pseudovirus infection in a wide range of human cell lines. Catalytically inactive TMPRSS2 mutants do not cleave HKU1 spike but allow pseudovirus infection. We show a high affinity interaction in vitro between TMPRSS2 and HKU1 receptor binding domain (RBD). We use VHH nanobodies targeted against TMPRSS2 to block this interaction. We then determine the structure of HKU1's RBD in complex with TMPRSS2. Finally, we study the use of animal TMPRSS2 by HKU1 to gain further knowledge on putative hosts of HKU1. We study cellular remodeling following SARS-CoV-2 infection, using label free real-time images of cells infected by SARS-CoV-2 acquired with the holotomography microscope commercialized by Nanolive. We analyze these images in partnership with Nanolive, which developed algorithms for organelle segmentation. This enables us to quantify the evolution of dry mass of different organelles during SARS-CoV-2 infection. Our findings illustrate the various strategies adopted by human coronavirus to propagate and evade recognition by the host immune system, from entry to replication.