1. Adaptation to host cell environment during experimental evolution of Zika virus
- Author
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Sara Munoz-Gonzalez, Coralie Guy, Elodie Décembre, Peter Markov, Bastien Boussau, Alain Kohl, Marlène Dreux, Mathilde Paris, Thomas Höfer, Kassian Kobert, Vincent Grass, Soheil Rastgou Talemi, Emilie Hardy, Anja Böckmann, Lee Sherry, Trafic Vésiculaire, Réponse Innée et Virus – Vesicular trafficking, Innate response, Centre International de Recherche en Infectiologie (CIRI), École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Luxembourg Institute of Health (LIH), MRC - University of Glasgow Centre for Virus Research, Institut de Biologie du Développement de Marseille (IBDM), Aix Marseille Université (AMU)-Collège de France (CdF (institution))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Génomique Fonctionnelle de Lyon (IGFL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Microbiologie moléculaire et biochimie structurale / Molecular Microbiology and Structural Biochemistry (MMSB), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive - UMR 5558 (LBBE), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Le Cocon, Département PEGASE [LBBE] (PEGASE), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive - UMR 5558 (LBBE), Virus, mmunité innée et trafic vésiculaire - Vesicular trafficking, innate response and viruses (VIV), Grass, Vincent [0000-0001-7710-4789], Talemi, Soheil Rastgou [0000-0002-9999-2403], Décembre, Elodie [0000-0001-6891-6320], Kohl, Alain [0000-0002-1523-9458], Muñoz-González, Sara [0000-0002-7846-7001], Sherry, Lee [0000-0002-4367-772X], Höfer, Thomas [0000-0003-3560-8780], Boussau, Bastien [0000-0003-0776-4460], Dreux, Marlène [0000-0002-6607-4796], and Apollo - University of Cambridge Repository
- Subjects
Infectivity ,Experimental evolution ,Zika Virus Infection ,[SDV.BID.EVO]Life Sciences [q-bio]/Biodiversity/Populations and Evolution [q-bio.PE] ,Medicine (miscellaneous) ,Zika Virus ,Biology ,biology.organism_classification ,Phenotype ,Virology ,Antiviral Agents ,Virus ,General Biochemistry, Genetics and Molecular Biology ,Zika virus ,Toll-Like Receptor 3 ,Viral replication ,Interferon ,Viral evolution ,medicine ,Humans ,Interferons ,General Agricultural and Biological Sciences ,medicine.drug - Abstract
Zika virus (ZIKV) infection can cause developmental and neurological defects and represents a threat for human health. Type I/III interferon responses control ZIKV infection and pathological processes, yet the virus has evolved various mechanisms to defeat these host responses. Here, we established a pipeline to delineate at high-resolution the genetic evolution of ZIKV in a controlled host cell environment. We uncovered that serially passaged ZIKV acquired increased infectivity, defined as the probability for one virus to initiate infection, and simultaneously developed a resistance to TLR3-induced restriction. We built a mathematical model that suggests that the increased infectivity is due to a reduced time-lag between infection and viral replication. We found that this adaptation is cell-type specific, suggesting that different cell environments may drive viral evolution along different routes. Deep-sequencing of ZIKV quasi-species pinpointed mutations whose increased frequencies temporally coincide with the acquisition of the adapted phenotype. We functionally validated a point-mutation in ZIKV envelope (E) protein recapitulating the adapted phenotype. Its positioning on the E structure suggests a putative function in protein refolding/stability. Altogether, our results uncovered ZIKV adaptations to the cell environment leading to an accelerated replication onset coupled with resistance to TLR3-induced antiviral response. Our work provides insights into viral escape mechanisms and interactions with host cell and can serve as a framework to study other viruses.
- Published
- 2020
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