Role de l'axe cGAS/STING dans la reponse immunitaire au virus Nipah

Résumé de la thèse

Depuis sa première identification en 1998, le virus Nipah (NiV) a provoqué des épidémies récurrentes avec une létalité pouvant atteindre 100 %. Il existe deux souches principales : NiV-Malaisie (NiV-Mal) et NiV-Bangladesh (NiV-Ban), qui diffèrent par leur distribution géographique, leur génome et leur épidémiologie. NiV-Mal, identifié en Malaisie et à Singapour (1998-1999), se transmet par les porcs et provoque essentiellement des symptômes neurologiques avec une létalité de 40 %. NiV-Ban est responsable d’épidémies annuelles au Bangladesh et en Inde depuis 2001, provocant des symptômes respiratoires sévères et une transmission interhumaine par voie respiratoire avec une létalité moyenne de 75 %.

Le réservoir du NiV, la chauve-souris frugivore Pteropus, est présent dans de nombreuses régions d’Asie, d’Océanie et d’Afrique. La déforestation, l’urbanisation et le changement climatique augmentent les contacts entre chauves-souris, animaux domestiques et humains, ce qui favorise l’émergence de nouvelles épidémies. Le NiV est classé agent pathogène de niveau 4 (BSL-4) et figure sur la liste des agents prioritaires de l’OMS en raison de l’absence de traitements ou vaccins homologués. Une meilleure compréhension des mécanismes de sa pathogenèse et de l’immunité antivirale est donc essentielle.

Cette thèse explore deux axes : d’une part, les mécanismes d’activation de la voie STING pendant l’infection par NiV ; d’autre part, une comparaison de l’immunopathogenèse des deux souches virales chez la souris sauvage (WT) et chez les souris déficientes en récepteur de l’interféron de type I (IFNAR KO).
Traditionnellement associée à la réponse immunitaire contre les virus à ADN, la voie STING est également impliquée dans l’immunité contre certains virus à ARN, comme ceux de la famille des Paramyxoviridae (NiV, MeV). Nos résultats montrent que l’activation de STING lors d’une infection par NiV serait induite indirectement par la libération d’ADN mitochondrial (mtDNA) dans le cytoplasme, suite à un stress cellulaire lié à la formation des syncytia, structures cellulaires multinucléées caractéristiques des infections à paramyxovirus. Les senseurs d’ADN IFI16 et cGAS détectent le mtDNA et activent STING, déclenchant des signaux antiviraux. Des lignées cellulaires HeLa knock-out pour STING, cGAS, IFI16 ou dépourvues de mtDNA ont été générées pour préciser le rôle de chaque facteur. Ce travail propose un modèle unifié de l’activation de STING induite par la fusion cellulaire, ouvrant la voie à de nouvelles cibles thérapeutiques antivirales.

Parallèlement, des études in vitro et in vivo ont été menées pour comparer la virulence des deux souches. En collaboration avec le réseau European Research Infrastructure on Highly Pathogenic Agents AISBL (ERINHA), des souris WT et IFNAR KO ont été infectées par voie intrapéritonéale (IP) ou intranasale (IN) avec NiV-Mal ou NiV-Ban. In vitro, les cellules IFNAR KO sont plus permissives, et NiV-Mal montre une réplication plus rapide ainsi qu’une cytopathogénicité accrue par rapport à NiV-Ban.

Chez la souris, l’infection IP avec NiV entraîne une maladie chez les IFNAR KO, avec une pathogénicité plus marquée pour NiV-Mal. Le virus est détecté dans plusieurs organes, avec un tropisme cellulaire pulmonaire spécifique selon la souche. Les souris WT résistent à l’infection IP et restent asymptomatiques. En revanche, l’infection par voie IN ne provoque pas de pathologie significative, même chez les souris IFNAR KO, suggérant que d’autres barrières immunitaires protègent les voies respiratoires murines.

Ce travail valide l’utilisation de souris IFNAR KO comme modèle pour l’étude des infections NiV par voie intrapéritonéale. Il met également en lumière les différences biologiques entre les deux souches virales et contribue à la compréhension de la pathogenèse du NiV. Ces résultats posent les bases de modèles murins pertinents pour le développement de thérapies et vaccins contre les virus émergents à potentiel pandémique.

Role of cGAS/STING axis in the immune response against highly pathogenic Nipah virus infection

Since its first isolation in Malaysia in 1998 and the emergence of a novel strain in Bangladesh in 2001, Nipah virus (NiV) has induced recurrent outbreaks characterized by a high lethality and respiratory transmission in Bangladesh and India. Pteropus fruit bats, the zoonotic reservoir of NiV, are widespread across Indian Ocean islands and their proximity to urban areas is growing due to deforestation and climate change, thus increasing the spillover risk. Moreover, no vaccines or therapeutics are available to contrast NiV outbreaks. Therefore, research on NiV immunopathogenesis is critical for the development of targeted interventions.

This thesis explores two key aspects of NiV biology. First, the molecular and cellular mechanisms involved in the activation of the DNA-sensing Stimulator of Interferon Genes (STING) pathway during NiV infection. Second, the comparative immunopathogenesis of the two NiV strains, Malaysia and Bangladesh (NiV-Mal and NiV-Ban), in wild-type (WT) and interferon receptor knockout (IFNAR KO) mice.

While STING is traditionally associated with immune responses to DNA viruses and bacteria, recent studies have highlighted its role in antiviral immunity against RNA viruses. It was previously established that STING plays a protective role against NiV, but the precise upstream events leading to STING activation remained unclear. This thesis further explores this topic by elucidating the role of virus-induced cell-to-cell fusion and mitochondrial DNA (mtDNA) in STING activation. We observed that mitochondrial stress caused by syncytia formation leads to the release of mtDNA, which is then sensed by the DNA sensors IFI16 and cGAS, resulting in STING activation and downstream immune signaling. This process is conserved among NiV-Mal and measles virus (MeV), another Paramyxovirus inducing wide syncytia formation. This work provides novel insights into the molecular pathways that govern immune responses to paramyxoviral infections and identifies potential therapeutic targets for NiV.

In addition, we compared the pathogenicity of the NiV-Mal and NiV-Ban strains, which exhibit different epidemiological and clinical profiles in humans. We observed that both strains replicate in primary murine cells, but show different replication kinetics and cytopathogenicity. Moreover, we compared intraperitoneal (IP) and intranasal (IN) infection of each strain in WT and IFNAR KO mice. IFNAR KO mice resulted a valid model for IP infections of both NiV-Mal and NiV-Ban, as opposed to WT mice which survive NiV inoculation without symptoms. Following IP infection, NiV-Ban displayed a lower pathogenicity and a different cellular tropism within lungs compared to NiV-Mal. In contrast, intranasal infection did not lead to significant disease in either WT or IFNAR KO mice, suggesting that type I IFN signaling may not be the dominant barrier to NiV in the respiratory tract.

The findings of this thesis contribute to a better understanding of NiV pathogenesis and immune responses, particularly the role of the STING pathway and the differential pathogenicity of NiV strains. These insights could contribute to the development of more effective therapeutic strategies and improve the use of murine models for preclinical research on NiV.