Les β-rétrovirus des petits ruminants : de la génétique aux cancers respiratoires

Small ruminants β-rétrovirus : from genetic to respiratory cancers

• Auteur / Autrice : Benjamin Riocreux-Verney
• Direction : Caroline Leroux, Jean-Luc Cadoré, Jocelyn Turpin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Virologie
• Date : Soutenance le 06/05/2025
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Infections virales et pathologie comparée (Lyon)
• Jury : Président / Présidente : Karen Moreau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Caroline Leroux, Jean-Luc Cadoré, Jocelyn Turpin, Jennifer Richardson, Stephen Valas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Van den Broeke, Philippe Afonso

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génomique

Tumeurs -- Chez les animaux

Ruminants

Betaretrovirus

Mots clés libres

Génomique

Cancer

Rétrovirus

Genomic

Cancer

Retroviruses

Résumé

JSRV (Jaagsiekte Sheep Retrovirus) et ENTV (Enzootic Nasal Tumor Virus) sont deux β-rétrovirus responsables de tumeurs respiratoires conduisant à la mort en quelques semaines à quelques mois après l’apparition des premiers signes cliniques. Présents dans de nombreux pays, JSRV et ENTV ont un impact économique par la perte de production due à la dégradation de l’état général des animaux, et à leur mort ou réforme prématurée. Mal connues et souvent négligées, ces maladies infectieuses sont acquises lors de l’introduction d’animaux. Non diagnostiqués, les virus sont présents dans les troupeaux, sans contrôle de leur transmission. Le génome des petits ruminants a été colonisé par des séquences endogènes ou ERV (Endogenous RetroVirus), résultant d’infections ancestrales de cellules germinales par des rétrovirus exogènes puis transmis à la descendance comme tout gène cellulaire. Les chèvres et les moutons ont la particularité d’avoir une famille de ERV (II.5) associée aux β-rétrovirus oncogènes JSRV et ENTV. Outre l’impact que ces ERV pourraient avoir sur la génétique animale et l’évolution des cancers, la forte proximité génétique des ERV et de leurs contreparties exogènes JSRV et ENTV est un défi pour leur détection par des approches moléculaires et la caractérisation génétique des virus circulants, pourtant essentiels à la compréhension de ce pathosystème rétroviral. Nous avons établi la diversité des souches circulantes de JSRV, ENTV-1 et ENTV-2 en France par l’utilisation d’outils moléculaires hautement spécifiques des séquences exogènes infectieuses, à partir de 53 tumeurs respiratoires ovines et caprines. Le séquençage, ciblé dans le gène env et les régions non codantes LTR et le séquençage du provirus entier par la technologie oxford nanopore technology, a permis d’évaluer la diversité des souches circulantes intra ou inter-troupeaux, et par des reconstructions phylogénétiques de les positionner parmi les souches identifiées en Europe, Asie ou Amérique. Nous avons établi la circulation de souches majoritaires de ENTV et JSRV en France. Nous avons mis en évidence la circulation de JSRV de clade I, dans des troupeaux avec une forte incidence de cancers du poumon, et de classe II dans les cas sporadiques, suggérant un pouvoir pathogène différent entre virus de clades I ou II. Par une étude approfondie des séquences endogènes et exogènes présentes dans les bases de données, nous avons mis en évidence une difficulté à adéquatement identifier leur origine endogène ou exogène. Nous avons testé par PCR des amorces publiées dans la littérature internationale et montré que nombre d’entre elles manquaient de spécificité pour les rétrovirus exogènes JSRV et ENTV, de fait associant un caractère exogène à des séquences endogènes. Outre l’annotation erronée de séquences publiées dans GenBank, la méconnaissance de la complexité des ERV versus JSRV-ENTV peut entrainer le développement d’outils de détection inadéquats, ne permettant pas la détection de virus infectieux mais de séquences endogènes faisant parties du génome animal. Nous avons proposé une guideline, permettant de s’assurer la spécificité exogène des outils moléculaires. Les rétrovirus sont persistants et l’intégration du génome proviral dans l’ADN des cellules infectées est essentielle pour le cycle viral. Nous avons développé les outils moléculaires et un pipeline bioinformatique permettant l’identification et la quantification des sites d’intégration de ENTV, JSRV et ERV. L’analyse des profils d’intégration d’ENTV-2 dans 14 tumeurs nasales nous a permis de mettre évidence une expansion clonale étendue, par l’identification de cellules portant le même site d’intégration. Nous avons identifié des régions du génome caprin denses en sites d’intégration communs entre tumeurs indépendantes, suggérant de possible régions préférentielles d’intégration d’ENTV-2.

JSRV (Jaagsiekte Sheep Retrovirus) and ENTV (Enzootic Nasal Tumor Virus) are two β-retroviruses responsible for respiratory tumors that lead to death within a few weeks to a few months after the onset of clinical signs. Present in many countries, JSRV and ENTV have an economic impact due to production losses caused by the general deterioration of the animals' health, as well as their premature death or culling. These infectious diseases are poorly understood and often overlooked, typically acquired through the introduction of infected animals. When undiagnosed, the viruses remain in flocks without any control over their transmission. The genome of small ruminants has been colonized by endogenous retroviral sequences (ERV), which result from ancestral infections of germ cells by exogenous retroviruses, subsequently passed down to offspring like any other cellular gene. Goats and sheep uniquely possess an ERV family (II.5) associated with the oncogenic β-retroviruses JSRV and ENTV. Beyond the potential impact of these ERVs on animal genetics and cancer evolution, the high genetic similarity between ERVs and their exogenous counterparts, JSRV and ENTV, poses a challenge for molecular detection and genetic characterization of circulating viruses, which are essential for understanding this retroviral pathosystem. We established the diversity of circulating strains of JSRV, ENTV-1, and ENTV-2 in France using highly specific molecular tools targeting exogenous infectious sequences, based on 53 ovine and caprine respiratory tumors. Sequencing focused on the env gene, non-coding LTR regions, and full-length proviral genomes using Oxford Nanopore Technology enabled us to assess the diversity of circulating strains within and between flocks. Phylogenetic reconstructions positioned these strains among those identified in Europe, Asia, and America. We confirmed the circulation of predominant ENTV and JSRV strains in France. Notably, we observed the presence of clade I JSRV strains in flocks with a high incidence of lung cancer, while clade II strains were associated with sporadic cases, suggesting differing pathogenic potentials between clades I and II. Through an in-depth analysis of endogenous and exogenous sequences from database resources, we identified challenges in accurately distinguishing their endogenous or exogenous origins. Testing published primers via PCR, we found that many lacked specificity for exogenous retroviruses JSRV and ENTV, often mistakenly attributing an exogenous nature to endogenous sequences. In addition to the misannotation of sequences in GenBank, the lack of understanding of ERV versus JSRV-ENTV complexity may lead to the development of inadequate detection tools that fail to detect infectious viruses but instead identify endogenous sequences that are part of the animal genome. We proposed a guideline to ensure the exogenous specificity of molecular tools. Retroviruses are persistent, and the integration of the proviral genome into the DNA of infected cells is essential for the viral cycle. We developed molecular tools and a bioinformatics pipeline to identify and quantify integration sites of ENTV, JSRV, and ERV. Analysis of ENTV-2 integration profiles in 14 nasal tumors revealed extensive clonal expansion through the identification of cells carrying identical integration sites. We identified regions of the caprine genome densely populated with common integration sites across independent tumors, suggesting potential preferential integration regions for ENTV-2.