Genomic variability of non-segmented negative RNA virus populations and host adaptation – Viva&host

Nous projetons d’utiliser les nouvelles techniques de séquençage à haut débit (NGS) pour suivre les changements de profils de la diversité génétique de virus à ARN chez différents hôtes. Les exemples choisis correspondent à deux virus hautement pathogènes chez l'homme, le virus de la rage (RABV) et celui de la rougeole (MeV) présentant des similitudes de réplication et des complémentarités d'outils d'investigation. Ces virus, zoonotique pour RABV et strictement confiné à l’espèce humaine (et expérimentalement infectieux chez certains singes) dans le cas de MeV, envahissent tous les deux le système nerveux central, mais ils ciblent des organes différents et entraînent suivant les cas des pathologies aiguës et/ou chroniques.

Dans le cas de RABV, de multiples isolats viraux représentatifs des différents groupes phylogénétiques infectant différentes espèces de carnivores seront analysés. Dans le cas de MeV, nous utiliserons des variants naturels collectés lors d‘épidémies chez l'homme. Les changements de diversité génétique chez le renard et le chien, deux hôtes naturels du RABV, ou dans des modèles murins (MeV) seront recherchés dans différents organes cibles. Ces changements seront comparés avec ceux apparaissant in vitro lors d’infection de lignées cellulaires représentatives de l’espèce et des tissus hôtes. Enfin, les hypothèses concernant le rôle supposé des mutations dans le processus adaptatif qui auront ainsi été identifiés seront éprouvées par la construction de virus recombinants.

L'identification des marqueurs génétiques d'adaptation et la compréhension des mécanismes évolutifs liés aux changement d'hôte sont cruciaux pour l'anticipation des émergences virales liées au franchissement de la barrière d'espèce.

NA

RNA viruses are characterized by an intrinsic genome instability, the result of an error-prone RNA dependant RNA polymerase that results in approximately one mutation every time a 10 kb genome is replicated. To date, most viral populations have been characterized by their consensus genome sequences. As a consequence, the true extent and structure of intra-host genetic diversity have largely been ignored because of technical limitations. In particular, whether, upon invasion of a new organ or species, natural selection of the fittest genome routinely occurs or whether the selective process operates at the scale of the whole viral population (sometimes termed a viral ‘quasispecies’) is uncertain. However, this question is of critical importance for understanding whether and how a virus can adapt to a new host species, possibly leading to a newly emerging disease, and to anticipate these events through molecular surveillance systems. We aim to utilize Next Generation Sequencing (NGS) to track the changing patterns of intra-host genetic diversity of non-segmented negative strand RNA viruses (order Mononegavirales) following the change of the host tissue and/or animal species. Because of their complementarity in terms of available experimental and molecular tools, as well as a common replication strategy, we shall focus on two human pathogens – rabies (RABV) and measles virus (MeV) – the former of zoonotic origin, and the latter being strictly confined to humans (and experimentally to some other primate species). These viruses can both invade the central nervous system (CNS) and target different organs giving rise to deadly acute or chronic diseases. Using an optimized NGS procedure, genome-scale genetic diversity, including single nucleotide polymorphism (SNP), insertion and deletion (INDEL) events, will be determined for collections of multiple virus isolates representative of different phylogenetic groups within a given virus species; infecting different members of the Carnivora in the case of RABV, and exhibiting different genetic features in the case of MeV collected in natura. Using RABV and MeV molecular clones recovered by reverse genetics, changes in RABV and MeV genetic diversity that may occur during experimental in vitro transmission representative of the main organs of the host(s) targeted by infection will be tracked. These changes will be compared with those occurring upon in vitro infection of cell lines representatives of the major tissue targets. Finally, hypotheses concerning the role of a given set of SNP and/or INDELs will be tested by building chimeric genomes. This work will benefit from the complementary expertise of four partners on NGS (C. Bouchier), molecular mechanisms of RABV replication and epidemiology of rabies (L. Dacheux & H. Bourhy), experimental MeV infection and molecular mechanisms of MeV replication (B. Horvat & D. Gerlier) and virus evolution (E.C. Holmes).