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Labeling Flavivirus capsid protein to unravel its dynamics during infection and egress by correlative super-resolution fluorescence and cryo-electron microscopy

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Le suivi par fluorescence des virus révèle l’infectivité de la fièvre jaune et du virus Zika

Les maladies vectorielles causées par les virus de la fièvre jaune et Zika restent des menaces majeures au niveau mondial. Afin de faire progresser les antiviraux et les vaccins, les chercheurs européens ont étudié la biologie des virus et l’interaction des protéines virales avec l’hôte.

Santé

L’infection par un flavivirus commence lorsque la particule virale est internalisée dans des vésicules cellulaires appelées endosomes. Après la fusion de la membrane virale, le génome viral est libéré dans le cytoplasme de la cellule et la réplication du virus commence. Ce point marque la détection de l’infection et déclenche la réponse cellulaire au virus. Cependant, la dynamique et les interactions précises in vivo avec l’hôte restent floues et nécessitent des méthodes d’imagerie quantitatives et à haute résolution.

La microscopie à super résolution dévoile l’entrée du virus dans la cellule

Avec le soutien du programme Marie Skłodowska-Curie, le projet FLAVIC DYNAMICS a développé une méthodologie de marquage des composants viraux pour suivre l’infection cellulaire par les flavivirus qui incluent le virus du Nil occidental, la dengue, le Zika et la fièvre jaune. «En utilisant le virus de la fièvre jaune comme modèle, notre objectif était de disséquer le processus d’infection et de délimiter le rôle des différents composants cellulaires et viraux,» explique la coordinatrice du projet, Giovanna Barba Spaeth. Le chercheur boursier postdoctorant Joao Freire a utilisé une combinaison de colorants fluorescents pour marquer la surface du virus, de colorants fluorescents lipophiles pour marquer la membrane virale et de colorants spécifiques à l’ARN pour marquer le génome viral. En collaboration avec Christophe Zimmer, il a pu visualiser les flavivirus grâce à des techniques de super résolution telles que la microscopie par localisation photo-activée, qui permet d’atteindre une résolution allant jusqu’à 20 nm. Les scientifiques ont suivi des particules virales uniques pour surveiller la cinétique d’entrée du virus dans les cellules hôtes. La comparaison de la cinétique d’entrée entre la fièvre jaune de type sauvage et la souche vaccinale atténuée 17D a montré que la mutation de la principale protéine E de l’enveloppe du virus entraîne la fusion des deux virus dans des compartiments endocytiques différents. Cela signifie que leur présence est détectée par la cellule d’une manière différente, avec des conséquences potentielles sur la stimulation en aval des immunoréactions. En ce qui concerne la voie d’infection du virus Zika, les chercheurs, en collaboration avec Chiara Zurzolo, ont identifié une voie alternative de propagation intercellulaire à travers des nanotubes tunnels, des protubérances cellulaires qui relient les cellules adjacentes.

Signification clinique de FLAVIC DYNAMICS

Les résultats du projet FLAVIC DYNAMICS apportent un éclairage nouveau sur les mécanismes moléculaires conduisant à l’immunogénicité du vaccin contre la fièvre jaune. Ces résultats peuvent offrir une plateforme commune pour l’atténuation d’autres flavivirus pathogènes pour lesquels il n’existe pas de vaccin. Le virus Zika a attiré l’attention des médias de masse en 2016 en raison de son association avec la microcéphalie chez les nouveau-nés. Le mécanisme précis par lequel le virus est transmis verticalement entre les femmes enceintes et leurs fœtus n’est pas clair. La découverte du fait que le virus peut être transmis par contact intercellulaire entre différents types de cellules et de tissus constitue une avancée majeure. Elle fournit des indices sur le tropisme et la pathogénicité du virus et peut augmenter son infectivité envers les cellules non permissives. «Cela suggère également que cette voie de transmission pourrait protéger le virus contre l’action des anticorps neutralisants en circulation,» souligne Barba-Spaeth. Cela a de profondes conséquences pour la thérapie antivirale, car les stratégies conçues pour bloquer le virus en circulation doivent être revues. Les plans futurs comprennent l’étude des déterminants structurels qui sont à l’origine des différentes cinétiques d’infection des virus de la fièvre jaune de type sauvage et de type vaccin. Cette approche devrait permettre d’élaborer un plan de vaccination contre les flavivirus et de faire avancer la recherche vers des stratégies de clairance virale. Sur l’image ci-dessus, les cellules humaines sont rouges et bleues et sont infectées par le virus Zika, de couleur verte.

Mots‑clés

FLAVIC DYNAMICS, virus Zika, virus de la fièvre jaune, flavivirus, endosome, microscopie par localisation photo-activée

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