Infection de la barrière hémato-encéphalique par différents virus émergents, neuroinflammation et contexte de circulation

Abstract

Usutu (USUV) and West-Nile (WNV) virus are emerging arboviruses mainly transmitted by Culex genus mosquitoes. In human, the infection can lead to neurological impairments following invasion of the central nervous system (CNS) by viruses, for example, through the blood-brain barrier (BBB). This thesis project aims to characterize access and infection mechanisms of the BBB by USUV and WNV. Neuroinflammation associated to these infections is an important part of the pathogenesis, consequently immune cell role and their interactions with the BBB have been studied. This work has shown the susceptibility of different cell types of the CNS to different USUV lineages and the susceptibility of murine models. Europe 2 lineage seems to be the more virulent and its effect on the BBB has been compared to the WNV lineage 2 effect, these two lineages being associated to neuronal symptom appearance during human infection. The BBB model used allows the replication of both arbovirus with passage in the CNS, WNV also leads to integrity perturbations of the barrier, and the two viruses are able to induce strong antiviral response with secretion of inflammatory molecules as cytokines (interleukins, interferons), chemokines and cell adhesion molecules. This inflammation induces immune cell recruitment and increases neuroinflammation. Unlike WNV, USUV is able to infect dendritic cells that can be recruited by the BBB and that can be Trojan horses during CNS infection. WNV infected patient sera have been analyzed to highlight the neuroinflammation and to search potential biomarkers of neurological impairments. Infected patients with neurological disorders show high serological concentrations of pro-inflammatory molecules, persisting more than 20 days before infection starting date, and of molecules associated to neurodegenerative or neuroinflammatory diseases. The concentration of TDP-43 could be followed after WNV infection in order to anticipate the consequences of its aggregation that can promote neurodegenerative disease development, for example. In a “One Health” approach, this work also studies circulation of these viruses in the south of France. Seroprevalence assays have been done to determine USUV and WNV exposition in vectors, reservoirs and other hosts. Finally, to investigate emerging virus that cause neuronal disorders, a study of the BBB infection by SARS-CoV-2 has been accomplished. Indeed, this virus can cause neuronal symptoms with possible sequels. Results suggest a poor direct infection of the barrier. Taken together, this work allow a better understanding of BBB viral infections and neuroinflammation, in a context of emergence associated to public health concerns that highlights importance of these studies.Les virus Usutu (USUV) et West-Nile (WNV) sont des arbovirus émergents transmis principalement par des moustiques du genre Culex. Chez l’humain l’infection peut entrainer des atteintes neurologiques suite à un accès des virus au système nerveux central (SNC) notamment par le passage de la barrière hémato-encéphalique (BHE). Ce projet de thèse s’intéresse à la caractérisation des mécanismes de passage et d’infection de la BHE par USUV et WNV. La neuroinflammation associée à ces infections étant une part importante de la pathogénèse, le rôle des cellules immunes et leur interaction avec la BHE ont aussi été étudiés. Ce travail a permis de mettre en évidence la susceptibilité de plusieurs types cellulaires neuronaux aux différentes lignées d’USUV ainsi que celle de modèles murins. La lignée Europe 2 semble être la plus virulente et son effet sur la BHE a été comparé avec celui de la lignée 2 de WNV, deux lignées associées à l’apparition de symptômes neuronaux lors d’infection humaine. Le modèle de BHE étudié permet la réplication des deux arbovirus avec un passage dans le SNC, WNV conduit aussi à une perturbation de l’intégrité de la barrière et les deux virus sont capable d’induire une forte réponse antivirale avec la sécrétion de molécules inflammatoires comme des cytokines (interleukines, interférons), des chimiokines et des molécules d’adhésion cellulaires. Cette inflammation induit le recrutement de cellules immunes amplifiant la neuroinflammation. D’autre part, USUV est capable d’infecter des cellules dendritiques qui seront aussi recrutées par la BHE à la différence de WNV, et peuvent être des chevaux de Troie lors de l’infection du SNC. Des sérums de patients ayant été infectés par le virus WNV ont été analysés afin de mettre en évidence la neuroinflammation et de trouver de potentiel biomarqueurs d’atteintes neuronales. Les patients infectés présentant des atteintes neurologiques montrent ainsi de fortes concentrations sériques de molécules pro-inflammatoires, persistantes plus de 20 jours après le début de l’infection, et la présence de molécules associées à des maladies neurodégénératives ou neuroinflammatoire. Par exemple, la concentration de TDP-43 pourrait être suivie après une infection par WNV afin d’anticiper les conséquences de son agrégation pouvant favoriser le développement de maladies neurodégénératives. Dans une démarche de « santé globale », ces travaux se sont aussi intéressés à la circulation de ces virus dans le sud de la France. Des tests de séroprévalence ont été menés afin de déterminer l’exposition des vecteurs, des réservoirs et d’autres hôtes à USUV et WNV. Enfin, en s’intéressant aux virus émergents responsables de troubles neuronaux, un travail de recherche sur l’infection de la BHE par le virus SARS-CoV-2 a été réalisé. En effet, ce virus est capable d’induire des symptômes neuronaux pouvant entrainer des séquelles. Les résultats suggèrent une faible infection directe de la barrière. L’ensemble de ces travaux permettent de mieux appréhender les infections virales de la BHE et la neuroinflammation, cela dans un contexte d’émergence avec des problématiques de santé publique soulevant l’importance de ces études