NS5-V372A and NS5-H386Y variations are responsible for differences in interferon α/β induction and co-contribute to the replication advantage of Japanese encephalitis virus genotype I over genotype III in ducklings

• DOI: 10.1371/journal.ppat.1008773
• Publication Date: 2020-09-03T17:54:59Z
• Authors: Chenxi Li; Di Di; Hui Huang; Xin Wang; Qiqi Xia; Xiaochun Ma; Ke Liu; Beibei Li; Donghua Shao; Yafeng Qiu; Zongjie Li; Jianchao Wei; Zhiyong Ma
• Keywords: Genotype; QH301-705.5; Swine; Plant Science; Viral Nonstructural Proteins; FOS: Health sciences; Virus Replication; Antiviral Agents; Gene; Agricultural and Biological Sciences; Mice; 03 medical and health sciences; Virology; Health Sciences; Viral replication; Genetics; Animals; Recombination Analysis; Biology (General); Global Impact of Arboviral Diseases; Encephalitis, Japanese; Biology; Encephalitis Virus, Japanese; 0303 health sciences; Public Health, Environmental and Occupational Health; Interferon-alpha; Life Sciences; Strain (injury); Interferon-beta; RC581-607; Virus; 3. Good health; Ducks; Infectious Diseases; FOS: Biological sciences; Host-Pathogen Interactions; Mutation; Viral RNA Silencing and Plant Immunity; Medicine; Interferon; Encephalitis; Immunologic diseases. Allergy; Anatomy; Viral Hemorrhagic Fevers and Zoonotic Infections; Research Article; Protein Binding

Le génotype I (GI) du virus de l'encéphalite japonaise (VEJ) se réplique plus efficacement que le génotype III (GIII) chez les oiseaux, et cette différence est considérée comme l'une des raisons du changement de génotype du VEJ. Dans cette étude, nous avons utilisé des fibroblastes d'embryons de canard et des canetons domestiques comme modèles in vitro et in vivo d'un hôte aviaire amplifiant le JEV pour identifier les déterminants viraux de l'efficacité de réplication différente entre les souches GI et GIII chez les oiseaux. Les souches GI ont induit des niveaux significativement plus faibles de production d'interféron (IFN)-α et β que les souches GIII, un effet lié à l'efficacité de réplication accrue des souches GI par rapport aux souches GIII. En utilisant une série de virus chimériques avec échange de protéines structurelles et non structurelles (NS) virales, nous avons identifié NS5 comme le déterminant viral des différences d'induction et d'efficacité de réplication de l'IFN-α et β entre les souches GI et III. NS5 a inhibé la production d'IFN-α et de β induite par la stimulation poly(I :C) et a hébergé 11 variations d'acides aminés, dont les variations NS5-V372A et NS5-H386Y ont été identifiées pour contribuer aux différences d'induction et d'efficacité de réplication d'IFN-α et de β entre les souches. Les variations NS5-V372A et NS5-H386Y ont entraîné des altérations du nombre de liaisons hydrogène formées avec les résidus voisins, qui étaient associées à la capacité différente des souches GI et GIII d'inhiber la production d'IFN-α et β. Nos résultats ont indiqué que les variations NS5-V372A et NS5-H386Y ont permis aux souches GI d'inhiber la production d'IFN-α et β plus efficacement que les souches GIII pour l'antagonisme de la réponse antivirale médiée par l'IFN-I, conduisant ainsi à la réplication et aux avantages d'adaptation de l'hôte des souches GI par rapport aux souches GIII chez les oiseaux. Ces résultats apportent un nouvel éclairage sur la base moléculaire du changement de génotype du JEV.<br/>Japanese encephalitis virus (JEV) genotype I (GI) replicates more efficiently than genotype III (GIII) in birds, and this difference is considered to be one of the reasons for the JEV genotype shift. In this study, we utilized duck embryo fibroblasts and domestic ducklings as in vitro and in vivo models of a JEV amplifying avian host to identify the viral determinants of the differing replication efficiency between the GI and GIII strains in birds. GI strains induced significantly lower levels of interferon (IFN)-α and β production than GIII strains, an effect orrelated with the enhanced replication efficiency of GI strains over GIII strains. By using a series of chimeric viruses with exchange of viral structural and non-structural (NS) proteins, we identified NS5 as the viral determinant of the differences in IFN-α and β induction and replication efficiency between the GI and III strains. NS5 inhibited IFN-α and β production induced by poly(I:C) stimulation and harbored 11 amino acid variations, of which the NS5-V372A and NS5-H386Y variations were identified to co-contribute to the differences in IFN-α and β induction and replication efficiency between the strains. The NS5-V372A and NS5-H386Y variations resulted in alterations in the number of hydrogen bonds formed with neighboring residues, which were associated with the different ability of the GI and GIII strains to inhibit IFN-α and β production. Our findings indicated that the NS5-V372A and NS5-H386Y variations enabled GI strains to inhibit IFN-α and β production more efficiently than GIII strains for antagonism of the IFN-I mediated antiviral response, thereby leading to the replication and host adaption advantages of GI strains over GIII strains in birds. These findings provide new insight into the molecular basis of the JEV genotype shift.<br/>يتكاثر النمط الجيني الأول لفيروس التهاب الدماغ الياباني (JEV) بشكل أكثر كفاءة من النمط الجيني الثالث (GIII) في الطيور، ويعتبر هذا الاختلاف أحد أسباب تحول النمط الجيني لفيروس التهاب الدماغ الياباني (JEV). في هذه الدراسة، استخدمنا الأرومات الليفية لجنين البط والبط المنزلي كنماذج في المختبر وفي الجسم الحي لمضيف طائر تضخيم JEV لتحديد المحددات الفيروسية لكفاءة التكاثر المختلفة بين سلالات GI و GIII في الطيور. تسببت سلالات الجهاز الهضمي في مستويات أقل بكثير من إنتاج الإنترفيرون (IFN) - ألفا وبيتا من سلالات الجهاز الهضمي الثالث، وهو تأثير أو مرتبط بكفاءة التكاثر المعززة لسلالات الجهاز الهضمي على سلالات الجهاز الهضمي الثالث. باستخدام سلسلة من الفيروسات الخيمرية مع تبادل البروتينات الهيكلية وغير الهيكلية الفيروسية (NS)، حددنا NS5 كمحدد فيروسي للاختلافات في كفاءة الحث والتكاثر IFN - α و β بين سلالات GI و III. تثبط NS5 إنتاج IFN - α و β الناجم عن التحفيز البولي(I:C) وتأوي 11 اختلافًا في الأحماض الأمينية، والتي تم تحديد الاختلافات NS5 - V372A و NS5 - H386Y للمساهمة في الاختلافات في كفاءة الحث والتكاثر IFN - α و β بين السلالات. أدت الاختلافات NS5 - V372A و NS5 - H386Y إلى تغييرات في عدد الروابط الهيدروجينية المتكونة مع المخلفات المجاورة، والتي ارتبطت بالقدرة المختلفة لسلالات GI و GIII على تثبيط إنتاج IFN - α و β. أشارت النتائج التي توصلنا إليها إلى أن الاختلافات NS5 - V372A و NS5 - H386Y مكنت سلالات الجهاز الهضمي من تثبيط إنتاج IFN - α و β بشكل أكثر كفاءة من سلالات gIII لمناهضة الاستجابة المضادة للفيروسات بوساطة IFN - I، مما أدى إلى مزايا التكاثر والتكيف مع المضيف لسلالات الجهاز الهضمي على سلالات gIII في الطيور. توفر هذه النتائج نظرة ثاقبة جديدة على الأساس الجزيئي لتحول النمط الجيني JEV.<br/>El genotipo I (GI) del virus de la encefalitis japonesa (JEV) se replica de manera más eficiente que el genotipo III (GIII) en aves, y esta diferencia se considera una de las razones del cambio de genotipo de JEV. En este estudio, utilizamos fibroblastos de embrión de pato y patitos domésticos como modelos in vitro e in vivo de un huésped aviar amplificador de JEV para identificar los determinantes virales de la diferente eficiencia de replicación entre las cepas GI y GIII en aves. Las cepas GI indujeron niveles significativamente más bajos de producción de interferón (IFN)-α y β que las cepas GIII, un efecto relacionado con la mayor eficiencia de replicación de las cepas GI sobre las cepas GIII. Mediante el uso de una serie de virus quiméricos con intercambio de proteínas virales estructurales y no estructurales (NS), identificamos a NS5 como el determinante viral de las diferencias en la inducción de IFN-α y β y la eficiencia de replicación entre las cepas GI y III. NS5 inhibió la producción de IFN-α y β inducida por la estimulación poli(I:C) y albergó 11 variaciones de aminoácidos, de las cuales las variaciones NS5-V372A y NS5-H386Y se identificaron como cocontribuyentes a las diferencias en la inducción de IFN-α y β y la eficiencia de replicación entre las cepas. Las variaciones NS5-V372A y NS5-H386Y dieron como resultado alteraciones en el número de enlaces de hidrógeno formados con residuos vecinos, que se asociaron con la diferente capacidad de las cepas GI y GIII para inhibir la producción de IFN-α y β. Nuestros hallazgos indicaron que las variaciones NS5-V372A y NS5-H386Y permitieron que las cepas GI inhibieran la producción de IFN-α y β de manera más eficiente que las cepas GIII para el antagonismo de la respuesta antiviral mediada por IFN-I, lo que conduce a las ventajas de replicación y adaptación del huésped de las cepas GI sobre las cepas GIII en aves. Estos hallazgos proporcionan una nueva visión de la base molecular del cambio de genotipo de JEV.<br/>