Projet ANR-11-BSV3-0013 – CAENOVIRUS : Co-évolution des nématodes Caenorhabditis et de pathogènes viraux
Programme : Blanc - SVSE 3 - Microbiologie, immunologie, infectiologie (Blanc SVSE 3)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Madame Marie-Anne FÉLIX (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE ILE-DE-FRANCE SECTEUR PARIS B)
Partenaires : Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure
Montant : 380000.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 48 mois
Résumé : Co-évolution des nématodes Caenorhabditis et de pathogènes virauxLes pathogènes naturels exercent de fortes pressions de sélection sur leur hôte. A leur tour, les défenses de l'hôte forment un environnement changeant pour le pathogène. Cette interaction évolutive réciproque peut conduire à une «course aux armements« entre pathogène et hôte qui conduit à une évolution rapide. Nous avons récemment découvert les premiers virus infectant naturellement le nématode C. elegans, organisme modèle, et l'espèce proche C. briggsae.
Evolution de l'immunité anti-virale et de la spécificité d'hôte du virusNous proposons 1) de caractériser cette infection et le rôle des petits ARNs dans la défense anti-virale, 2) de reconstituer le virus par transgenèse d'ADN dans le ver, ce qui permettrait la manipulation du génome du ver pour des études de relation séquence-fonction, 3) d'étudier l'activité d'une protéine inconnue codée par le virus, 4) de déterminer la base moléculaire de la variation intraspécifique chez C. elegans de sensibilité au virus d'Orsay et celle de la spécificité d'hôte des virus d'Orsay et de Santeuil pour C. elegans versus C. briggsae. Enfin, ce système permet d'envisager des études de co-évolution expérimentale de l'hôte et du pathogène, prenant en compte l'évolution génétique et épigénétique de l'hôte.
Approches moléculaires et génétiques de la co-évolution Caenorhabditis-virusI. Développement de marqueurs d'infectionII. Reconstitution de virus à ARN infectieux en transgenèse dans C. elegansIII. Etude génétique de la variation de sensibilité au virus d'Orsay chez C. elegansIV. Caractérisation de la spécificité des trois virus pour les espèces de Caenorhabditis et différentes souches de ces espèces
Résumé de la soumission : Les pathogènes naturels exercent de fortes pressions de sélection sur leur hôte. A leur tour, les défenses de l'hôte forment un environnement changeant pour le pathogène. Cette interaction évolutive réciproque peut conduire à une "course aux armements" entre le pathogène et l'hôte qui conduit à une évolution rapide des gènes impliqués.	Le nématode Caenorhabditis elegans est un modèle animal majeur pour des études génétiques et moléculaires. Les études en laboratoire de l'immunité de C. elegans ont jusqu'à maintenant utilisé des pathogènes humains. Cependant, parce que des pathogènes naturels laissent une empreinte sur l'évolution récente de leur hôte, ils sont de manière évidente plus pertinents pour étudier l'immunité de C. elegans et la co-évolution entre hôte et pathogène. Nous avons isolé des populations naturelles de Caenorhabditis infectés par des pathogènes, et récemment identifié les premiers virus naturels infectant C. elegans et C. briggsae, appelés respectivement les virus d'Orsay et de Santeuil (Félix et al., PLoS Biology 2011). Ces virus à ARN(+) sont phylogénétiquement reliés aux nodavirus et transmis horizontalement. Leur petit génome code une ARN polymérase ARN-dépendante sur leur segment ARN1, et une protéine prédite de capside et un cadre ouvert de lecture (ORF delta) d'activité inconnue sur le segment ARN2. L'infection retarde la production de descendants par les nématodes mais peut être maintenue indéfiniment en culture. 	L'infection par ces virus induit la formation de petits ARNs correspondant au génome viral. Alors que la souche sauvage N2 de référence de C. elegans est relativement résistante à l'infection par le virus d'Orsay, des mutants déficients dans la réponse ARNi deviennent sensibles au virus. Ces résultats démontrent un rôle du ARNi dans la défense anti-virale de C. elegans.	Différentes souches sauvages de C. elegans sont différentiellement sensibles à l'infection par le virus d'Orsay, ce qui ouvre la voie à des approches génétiques visant à définir des locus naturellement variants ayant un rôle dans la défense anti-virale. La variation naturelle entre souches sauvages de C. elegans concerne en partie l'efficacité du ARNi, mais aussi d'autres aspects de la défense anti-virale.	Ces résultats établissent le premier système d'infection virale naturelle et expérimentale chez C. elegans, permettant d'examiner toutes les facettes de la réponse anti-virale de l'hôte et les interactions co-évolutives entre les deux partenaires. Le projet présenté s'appuie sur ces résultats préliminaires et propose d'entreprendre les études suivantes concernant l'immunité anti-virale et la spécificité d'hôte du virus:1. Caractérisation de l'infection de l'organisme modèle C. elegans par le virus d'Orsay nouvellement découvert et développement de marqueurs d'infection.2. Reconstitution  du virus par transgenèse d'ADN dans le ver pour des études structure-fonction; rôle de l'ORF delta, en particulier dans la contre-défense par le virus des défenses immunitaires de l'hôte.3. Caractérisation de la variation génétique intraspécifique de sensibilité de souches naturelles de Caenorhabditis aux virus d'Orsay et de Santeuil et de sa base moléculaire.4. Mesure et base mécanistique de la spécificité d'hôte des virus d'Orsay et de Santeuil pour C. elegans versus C. briggsae.5. Evolution expérimentale et co-évolution de l'hôte et du pathogène, incluant l'évolution génétique et épigénétique de l'hôte.	Ce projet établirait les fondements de l'étude de la spécificité et de la co-évolution dans un nouveau système modèle impliquant un animal et un pathogène (virus) qui serait le plus simple et le plus rapide parmi ceux disponibles. Une perspective particulièrement excitante de ce système modèle est qu'il permet de combiner des approches de laboratoire et de terrain pour étudier la co-évolution entre hôte et virus, avec un animal qui est lui-même un "top model" en génétique.
Résultats : I. Visualisation des virus en smFISH
II. Reconstitution de virus à ARN infectieux en transgenèse dans C. elegans
III. Un polymorphisme de délétion du gène drh-1, homologue de RIG-I chez les vertébérs, est responsable d'une grande partie de la variation naturelle de sensibilité entre souches sauvages de C. elegans.
IV Différence  ente les deux virus de C. briggsae dans leur capacité à infecter différentes souches de C. briggsae, permettant l'étude de l'évolution intra-spécifique de spécificité
Perspectives : Nous continuons le projet comme prévu.
Publications et brevets : Franz, C., Zhao, G., Félix, M.-A., Wang, D. (2012). Complete genome sequence of Le Blanc virus, a third Caenorhabditis nematode infecting virus. J. Virology 86, 11940.