Exploring the Pathogenic Mechanisms of West African Zika Virus : viral Replication and Host Interaction
Exploration des mécanismes pathogènes du virus Zika d'Afrique de l'Ouest : réplication virale et interaction avec l'hôte
Abstract
The Zika virus (ZIKV), historically confined to Africa and Asia, has become a significant global health concern, especially after recent outbreaks in the Americas linked to severe congenital malformations and neurological disorders. While much research has focused on the Asian/American ZIKV genotype, evidence suggests that African ZIKV strains might also pose a serious threat to public health, particularly regarding fetal pathogenicity. This thesis aims to enhance our understanding of the molecular mechanisms underlying the pathogenicity of contemporary ZIKV strains from West Africa, focusing on nonstructural proteins involved in viral replication, immune evasion, and the host cell stress response.To achieve this, we generated an infectious molecular clone, GUINEA-18, from a ZIKV strain (ZIKV-15555) isolated in Guinea in 2018. This clone represents a contemporary African ZIKV strain. We compared it with the infectious molecular clone of the historical African ZIKV strain MR766, designated MR766MC. The replication properties of both viral clones were examined in VeroE6, A549, and HCM3 cells. GUINEA-18 exhibited a slower replication rate, reduced cytotoxicity, and a lower ability to activate the host’s innate immune system compared to MR766MC, suggesting different interactions with host cells.To dissect these differences, we created chimeric viruses by swapping nonstructural protein-coding regions between GUINEA-18 and MR766MC. Results highlighted the critical roles of NS1 to NS4B proteins in replication efficiency and pathogenicity, with NS4B being crucial for GUINEA-18’s replication properties. GUINEA-18 also developed an efficient mechanism to inhibit the assembly of cytoplasmic stress granules (SGs) in A549 cells, a defense mechanism typically triggered by viral infection. The ability of GUINEA-18 to block SG formation depended on the NS1 to NS4B proteins, underscoring their role in evading host defenses.Further investigation into the NS1 protein revealed seven amino acid substitutions in GUINEA-18 compared to MR766. Functional analyses showed that the contemporary NS1 protein (NS1CWA) is secreted more efficiently and has a different subcellular localization than NS1 from MR766 (NS1MR766). This altered behavior of NS1CWA significantly enhances viral replication and cytotoxicity while reducing the activation of innate immune responses in infected cells. A chimeric MR766 virus containing NS1CWA demonstrated these enhanced traits, emphasizing NS1’s role in the virulence of contemporary West African ZIKV strains.In conclusion, this thesis provides a comprehensive analysis of the molecular determinants of replication and pathogenicity in contemporary West African ZIKV strains. The research underscores the crucial roles of NS1 to NS4B proteins, particularly NS1 and NS4B, in these processes. The findings raise questions about risks associated with circulating ZIKV strains in sub-Saharan Africa and highlight the need for ongoing surveillance and research to understand the public health implications. This work contributes valuable insights that could inform future strategies for managing and preventing ZIKV-associated diseases, especially in regions where the African lineage of the virus is prevalent.
Le virus Zika (ZIKV), historiquement limité à l'Afrique et à l'Asie, est devenu une préoccupation mondiale majeure, surtout après les épidémies récentes dans les Amériques associées à des malformations congénitales graves et des troubles neurologiques. Bien que la recherche se soit principalement concentrée sur le génotype asiatique/américain, des preuves croissantes montrent que les souches africaines du ZIKV pourraient également représenter une menace sévère, notamment en termes de pathogénicité fœtale. Cette thèse vise à améliorer notre compréhension des mécanismes moléculaires de la pathogénicité des souches contemporaines de ZIKV d'Afrique de l'Ouest, en mettant l'accent sur les protéines non structurales dans la réplication virale, l'évasion immunitaire et la réponse au stress des cellules hôtes.Pour cela, nous avons généré un clone moléculaire infectieux, GUINEA-18, à partir d'une souche de ZIKV (ZIKV-15555) isolée en Guinée en 2018, représentant une souche contemporaine de la lignée africaine. Nous avons comparé ce clone avec le clone bien caractérisé de la souche historique MR766 (MR766MC). Les propriétés de réplication des deux clones ont été examinées dans les lignées cellulaires VeroE6, A549 et HCM3. GUINEA-18 a montré un taux de réplication plus lent, une cytotoxicité réduite et une moindre capacité à activer le système immunitaire inné comparé à MR766MC, suggérant une interaction différente avec les cellules hôtes.Pour explorer ces différences, nous avons construit des virus chimériques en échangeant les régions codantes des protéines non structurales entre GUINEA-18 et MR766MC. Nos résultats ont souligné les rôles critiques des protéines NS1 à NS4B dans la réplication et la pathogénicité, avec NS4B étant clé pour GUINEA-18. Nous avons également découvert que GUINEA-18 inhibe efficacement l'assemblage des granules de stress cytoplasmiques (SGs) dans les cellules A549, un mécanisme de défense cellulaire. Cette inhibition dépend des protéines NS1 à NS4B, soulignant leur rôle dans l'évasion des défenses de l'hôte.La thèse examine aussi le rôle de NS1 dans la pathogénicité des souches contemporaines. L'alignement des séquences protéiques a révélé sept substitutions dans la protéine NS1 de GUINEA-18 par rapport à celle de MR766. Ces mutations montrent que NS1CWA est sécrétée plus efficacement et présente une localisation subcellulaire différente de NS1MR766, augmentant la réplication virale et la cytotoxicité tout en réduisant l'activation des réponses immunitaires. Un virus chimérique MR766 avec NS1CWA a montré ces traits pathogéniques renforcés, soulignant l'importance de NS1 dans la virulence des souches contemporaines du ZIKV d'Afrique de l'Ouest.En conclusion, cette thèse analyse les déterminants moléculaires de la réplication et de la pathogénicité des souches contemporaines du ZIKV d'Afrique de l'Ouest. Les recherches mettent en évidence les rôles critiques des protéines NS1 à NS4B, en particulier NS1 et NS4B. Les résultats soulèvent des questions sur les risques associés aux souches actuelles du ZIKV en Afrique subsaharienne et soulignent la nécessité de surveillance continue pour comprendre les implications pour la santé publique. Ce travail offre des perspectives pour les stratégies de gestion et de prévention des maladies associées au ZIKV, surtout dans les régions où la lignée africaine est prévalente.
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