Dépendance du virus de l’hépatite C au métabolisme du nicotinamide et ses conséquences sur la formation des lipo-viro-particules infectieuses

Résumé de la thèse

Le virus de l’hépatite C (VHC) est un pathogène transmis par le sang. Il provoque dans la majorité des cas une infection chronique et modifie profondément le métabolisme des hépatocytes, ce qui est essentiel à sa réplication et à la formation de ses lipo-viro particules (LVP) de faible densité. Il active la glycolyse pour produire les intermédiaires métaboliques nécessaires à la réplication et à l’assemblage viral, notamment en stimulant la lipogenèse. Nos travaux ont montré que la synthèse du nicotinamide adénine dinucléotide (NAD), principalement assurée par la voie de sauvetage du nicotinamide est cruciale pour maintenir cette glycolyse et la réplication virale. Le blocage de cette biosynthèse, par l’utilisation de 6-aminonicotinamide (6-AN) ou d’inhibiteurs spécifique de la NAMPT, enzyme clé de cette voie, entraîne une forte inhibition de la réplication virale et la production de particules infectieuses.  

L’inhibition pharmacologique de la biosynthèse du NAD altère la réplication virale, la formation des vésicules à double membrane (DMV) associées, ainsi que la production de LVP infectieuses dans les cellules Huh7. L’analyse métabolomique des cellules traitées au 6-AN révèle une altération des intermédiaires du métabolisme central du carbone et de la biosynthèse des phospholipides, pouvant expliquer l'interférence avec la formation des complexes membranaires indispensables à la réplication. Par ailleurs, ce traitement réduit la glycolyse ainsi que le contenu en triglycérides des cellules, diminue la taille des gouttelettes lipidiques intracellulaires et affecte la sécrétion des apolipoprotéines B et E, qui jouent un rôle essentiel dans l’infectiosité des LVP. 

Dans un second volet, nous avons étudié l’impact d'une reprogrammation métabolique des hépatocytes sur la formation des LVP. Les lignées d'hépatocarcinome expriment l'hexokinase 2 (HK2) alors que les hépatocytes primaires expriment la glucokinase (GCK). En effet, la GCK possède un Km élevé comparativement à l'HK2 qui présente une activité maximale aux conditions physiologiques de glucose, modifiant ainsi le comportement glycolytique des cellules en culture. Ainsi, l'expression de GCK induit la sécrétion de lipoprotéines de plus faible densité et dans les cellules infectées, modifie la densité des particules virales sécrétées. D'autre part, la stabilisation pharmacologique du facteur HIF-1a, simulant la réponse cellulaire à l’hypoxie, modifie également le métabolisme lipidique cellulaire. Cette reprogrammation, combinée à l'induction de la différenciation cellulaire, semble favoriser la production de particules virales présentant un profil de densité plus proche de celui observé in vivo.

Ces travaux mettent en évidence la dépendance du VHC au métabolisme du nicotinamide pour sa réplication et la biosynthèse de ses particules de faible densité LVP. Au delà du virus du VHC, ces travaux permettent de mieux caractériser les voies métaboliques impliquées dans la réplication des virus et contribuent ainsi à identifier de potentielles stratégies antivirales ciblant le métabolisme de la cellule hôte.

Hepatitis C Virus Dependence on Nicotinamide Metabolism and Its Consequences on the Formation of Infectious Lipo-Viro-Particles

Hepatitis C virus (HCV) is a blood-borne pathogen. In most cases, it causes chronic infection and profoundly alters hepatocyte metabolism, which is essential for its replication and the production of low-density lipoviroparticles (LVPs). It activates glycolysis to generate the metabolic intermediates required for replication and viral assembly, notably by stimulating lipogenesis.
Our work has shown that the synthesis of nicotinamide adenine dinucleotide (NAD), mainly ensured by the nicotinamide salvage pathway, is crucial for sustaining glycolysis and viral replication. Blocking this biosynthetic process, either through the use of 6-aminonicotinamide (6-AN) or specific inhibitors of NAMPT—the key enzyme in this pathway—leads to a strong inhibition of viral replication and the production of infectious particles.
Pharmacological inhibition of NAD biosynthesis impairs viral replication, the formation of associated double-membrane vesicles (DMVs), as well as the production of infectious LVPs in Huh7 cells. Metabolomic analysis of 6-AN-treated cells reveals alterations in central carbon metabolism and phospholipid biosynthesis intermediates, which may explain the interference with the formation of membrane-associated replication complexes. Furthermore, this treatment reduces glycolysis and cellular triglyceride content, decreases the size of intracellular lipid droplets, and affects the secretion of apolipoproteins B and E, which play a critical role in LVP infectivity.
In a second part of the study, we investigated the impact of hepatocyte metabolic reprogramming on LVP formation. Hepatocellular carcinoma cell lines express hexokinase 2 (HK2), whereas primary hepatocytes express glucokinase (GCK). GCK exhibits a higher Km compared to HK2, which is fully active under physiological glucose concentrations, thereby altering the glycolytic behavior of cultured cells. As such, GCK expression promotes the secretion of lower-density lipoproteins and, in infected cells, modifies the density of secreted viral particles. Additionally, pharmacological stabilization of HIF-1α, mimicking the cellular hypoxic response, also alters lipid metabolism. This reprogramming, combined with cellular differentiation, appears to favor the production of viral particles with a lipid density profile closer to that observed in vivo.
These findings highlight HCV’s dependence on nicotinamide metabolism for its replication and for the biogenesis of low-density LVPs. Beyond HCV, this work contributes to a better characterization of the metabolic pathways involved in viral replication and may help identify potential antiviral strategies targeting host cell metabolism.