Impact of Hepatitis C Virus NS5A Genetic Variability on Liver Pathogenesis and Viral Replication

Le virus de l’Hépatite C (VHC), de la famille Flaviviridae, est à l’origine d’une pandémiemondiale. L’infection par le VHC provoque le dévelopment d’hépatites chroniques, decirrhoses et de carcinomes hépatocellulaires (CHC). Les fonctions de la majorité des protéinesvirales sont connues, mis à part pour NS5A dont la seule fonction directe attribuée à ce jour,équivaut à celle d’un facteur d'activation transcriptionnelle. Notre laboratoire a montréprécédemment que les variants de quasiespèce de NS5A isolés à partir du sérum d’un mêmepatient présentaient des différences significatives dans leurs propriétés intrinsèques detransactivation. Fort de ces résultats, nous avons analysé des variants de NS5A isolés à partirde tissu hépatique d’un patient chroniquement infecté par le VHC de génotype 1b. Cesanalyses ont révélé une compartimentation génétique et fonctionnelle des variants de NS5Aentre le tissu tumoral et le tissu non-tumoral adjacent. Nous avons donc émis l’hypothèse queles propriétés transactivatrices de NS5A pourraient jouer un rôle dans la pathogenèse ainsique dans la réplication virale, et que la variabilité naturelle de NS5A pourrait influencer sespropriétés transactivatrices. L’objectif de ce travail de thèse était d’analyser le rôle despropriétés transactivatrices de NS5A dans la pathogenèse hépatique viro-induite ainsi quedans la réplication virale. Pour étudier le rôle des propriétés de transactivation de NS5A dans la pathogenèse hépatique,nous avons développé des vecteurs lentiviraux pour exprimer dans les hépatocytes primaireshumains les variants choisis de NS5A portants différents potentiels de transactivation. Enutilisant la technologie RNA-Seq d’Illumina, l’analyse des transcriptomes d’hépatocytestransduits exprimant les variants transactivateurs fort et faible de NS5A, sera utiliser pouridentifier les voies cellulaires ciblées par les propriétés transactivatrices de NS5A. Pour lesétudes in vivo, nous avons lancé le développement des souris transgénique permettantl’activation conditionnelle de l’expression des variants de NS5A avec fort et faible potentielde transactivation, spécifiquement dans le foie. Ces souris transgéniques seront utilisées pourétudier le rôle potentiel des propriétés transactivatrices dans la pathogenèse VHC induite etplus particulièrement dans le développement des cancers. Pour étudier le rôle des propriétés de transactivation de NS5A dans la réplication virale, nousavons utilisé le système de réplicon subgénomique de VHC exprimant les variants de NS5Aprécédemment caractérisés. Pour exercer ses propriétés transactivatrices, NS5A doit êtrelocalisée au moins partiellement dans le noyau. Nous avons démontré qu’une partie de NS5Ase retrouve dans noyau et est recruté sur des promoteurs cellulaires, modulant ainsidirectement l’expression de gènes cellulaires essentiels pour la réplication de l’ARN viral.Nous avons observé que les variants de NS5A avec différents potentiels de transactivation,confèrent différentes capacités de réplication au réplicon subgénomique, et corrèlent avec lepotentiel de transactivation de variant correspondant. En accord avec ces observations,l’inhibition de translocation nucléaire de NS5A entraine une inhibition de la réplication virale,suggerant un rôle potentiel des propriétés transactivatrices de NS5A dans la réplication l’ARNvirale. En conclusion, nous avons démontré que l’activation transcriptionnelle des gènes cellulairespar la NS5A est essentielle pour la réplication de l’ARN du VHC. Cette modulation des gènescellulaires pourrait également être impliquée dans les mécanismes de la pathogenèse viroinduite.Nous confirmerons cette hypothèse grâce aux souris NS5A. Par ailleurs, ces résultatspourraient contribuer au développement de nouvelles thérapies anti-VHC, basées surl’inhibition de translocation nucléaire de NS5AHepatitis C virus (HCV) causes a chronic infection in the majority of infected patients,ultimately leading to liver cirrhosis and hepatocellular carcinoma (HCC). Although the rolesof the HCV proteins in the viral life cycle are increasingly understood, the precise function ofthe HCV NS5A protein has yet to be elucidated. To date, the only putative direct functionattributed to NS5A is its transcriptional transactivation properties. Our group has previouslyshown that quasispecies variants of NS5A isolated from the serum samples of the samepatient bear different transactivating properties according to their amino acid sequence. Basedon these observations, we performed preliminary phylogenetic and functional analysis ofNS5A variants isolated from liver tissue of individuals infected with HCV of genotype 1b.This analysis revealed genetic and functional compartmentation of NS5A variants in tumoraland adjacent non-tumoral tissue. We hypothesized that the natural variability of NS5A mayimpact its proposed transactivation properties. We also hypothesized that NS5A’s putativetransactivation properties could play a role in HCV replication and in liver pathogenesis. Theaim of the study presented in this thesis was to investigate the role of NS5A transactivationproperties in the development of HCV-induced liver pathogenesis as well as in viralreplication. To study the role of NS5A transcriptional activation properties in liver pathogenesis, wedeveloped lentiviral vectors for the expression of selected NS5A variants bearing differenttransactivation potentials in cultured primary human hepatocytes. We now intend to extendthese preparations using RNAseq technology to analyse the, transcriptome of primaryhepatocytes transduced with lentiviral vectors encoding strongly and weakly transactivatingNS5A variants to identify the cellular pathways targeted by NS5A, allowing us to decipherthe role of NS5A mediated host gene regulation in development of HCV inducedpathogenesis. For in vivo studies, we have begun the development of transgenic mice allowingliver-specific conditional expression of NS5A variants with high and low transactivationpotentials. These transgenic mice will be used to study the possible role of NS5Atransactivation properties in development of HCC. To study the role of NS5A transcriptional activation properties in HCV RNA replication, weused the sub-genomic replicon system expressing previously characterized NS5A sequences..Using this system, we have demonstrated that a subset of NS5A protein can translocate to thenucleus and is recruited to cellular promoters of host cell genes known to be required forefficient replication of HCV replicon RNA as well as those implicated in pathogenesis.Moreover, we have shown that NS5A directly regulate the expression of these genes.Consequently, it was observed that replicons encoding NS5A variants with differenttransactivation potentials exhibited different replication capacities, and that this correlatedwith the transactivation potential of the corresponding NS5A variant. In agreement with theseobservations, inhibition of nuclear translocation of NS5A resulted in the inhibition ofreplication of the HCV subgenomic replicon, further confirming the role of NS5Atransactivation properties in viral RNA replication. In conclusion, we have demonstrated that NS5A-mediated transcriptional regulation ofcellular genes is required for HCV replication. Such NS5A-mediated modulation of cellulargenes may also constitute one of the mechanisms involved in HCV-related liver pathogenesisand development of HCC, an aspect which is currently under investigation using the toolsdeveloped during this project. This study will contribute towards deciphering the role ofNS5A in viral replication as well as providing insight into its role in HCV-induced liverpathogenesis..