Uncovering potential targets for new host-directed antiviral therapies against influenza A virus infection

Abstract

Influenza A virus (IAV) arises every year as a threat to human health, being the causative agent of most of the seasonal respiratory epidemics and the major influenza pandemics in the last century. Influenza, or flu, is associated with high levels of morbidity and mortality in high-risk populations, such as the elderly and immunocompromised individuals. Nowadays, IAV spreading and severe disease can be prevented by annual vaccination and the administration of antiviral therapeutics that have been designed against viral components to prevent viral replication. Nevertheless, the continuous emergence of novel genetic variants or new viral strains of IAV due to its rapid ability to evolve, hampers the efficacy of virus-directed therapeutics. It is, hence, essential to study the interactions between IAV and the host cell, in order to further discover potential cellular factors that can in due course act as targets for the development of novel host-directed therapies. In this work, we present two distinct overviews of this interplay that focus on the one hand on a comprehensive analysis of host cell proteostasis during IAV infection, and, on the other hand, on the study of the role of peroxisome metabolism on antiviral defense and IAV propagation. In the first study, we explored the interplay between IAV and the host’s proteostasis at different stages within a single infection cycle. Our results demonstrate that IAV infection induces the accumulation of protein aggregates, upon high rates of viral protein translation. We also demonstrate the concomitant deregulation of the IRE1 branch of the unfolded protein response (UPR), and the attenuation of virus production upon its inhibition. The accumulation of the virus-induced protein aggregates seems to be further associated with a virus-induced deregulation of the host cell RNA metabolism. Moreover, interference with the accumulation of these aggregates by the presence of a quinoline-steroid compound specifically designed to prevent the formation of proteins aggregates, strongly hinders the proper formation of new infectious virus particles. In the second study, we investigated the previously described anti-viral/pro-viral dual role of peroxisomes during a viral infection. We have identified specific peroxisomal proteins and mechanisms that are required for a proper antiviral response against RNA viruses or that play a critical role during IAV replication. We also showed that the metabolic and physical interplay with other organelles is essential for the establishment of a robust innate immune response. Altogether, both projects allowed us to identify previously undescribed cellular mechanisms that play important roles not only during IAV replication but also for the establishment of an efficient antiviral response by the host cell. Further studies are proposed to follow these results and ultimately uncover novel targets for innovative host-directed therapeutics with antiviral activity.

O vírus da influenza A (IAV) surge todos os anos como uma ameaça para a saúde humana, sendo o agente causador da maioria das epidemias respiratórias sazonais e das principais pandemias gripais do último século. A doença causada por estes vírus está associada a elevados níveis de morbilidade e mortalidade em populações de alto risco, tais como idosos ou indivíduos imunocomprometidos. Atualmente, a propagação do IAV e a doença grave podem ser evitadas através da vacinação anual e da administração de terapêuticas antivirais concebidas contra componentes virais. No entanto, o aparecimento contínuo de novas variantes genéticas e novas estirpes virais, devido à sua rápida capacidade de evolução, dificulta a eficácia de terapêuticas dirigidas ao vírus. É, assim, essencial estudar as interações entre o IAV e a célula hospedeira, de forma a descobrir potenciais fatores celulares que possam atuar como alvos para o desenvolvimento de novas terapias dirigidas ao hospedeiro. Neste trabalho, apresentamos duas visões distintas desta interação que se centram, por um lado, numa análise abrangente da proteostase da célula hospedeira durante a infeção por IAV e, por outro lado, no estudo do papel do metabolismo dos peroxissomas na defesa antiviral e na propagação do IAV. No primeiro estudo, explorámos a interação entre o IAV e a proteostase do hospedeiro em diferentes fases do ciclo de infeção. Os nossos resultados demonstram que a infeção induz a acumulação de agregados proteicos, assim como a desregulação do ramo IRE1 da resposta a proteínas mal enoveladas (UPR) e a atenuação da produção do vírus após a respetiva inibição. A acumulação dos agregados proteicos parece estar associada a uma desregulação induzida pelo vírus do metabolismo do ARN da célula hospedeira. A interferência com a acumulação destes agregados pela presença de um composto hibrido quinolina-esteroide, especificamente concebido para impedir a formação de agregados de proteínas, impede fortemente a formação adequada de novas partículas virais infeciosas. No segundo estudo, investigámos o papel antiviral e pro-viral dos peroxissomas durante as infeções virais. Identificámos proteínas e mecanismos peroxissomais específicos que são necessários para uma resposta antiviral adequada contra vírus de ARN, ou que desempenham um papel crítico durante a replicação de IAV. Mostrámos também que a interação metabólica e física com outros organelos é essencial para o estabelecimento de uma resposta imune inata robusta. Em conjunto, ambos os projetos permitem identificar mecanismos celulares anteriormente não descritos que desempenham papéis importantes não só durante a replicação do IAV, mas também para o estabelecimento de uma resposta antiviral eficiente por parte da célula hospedeira. São propostos estudos futuros que permitam levar à descoberta novos alvos para terapêuticas antivirais inovadoras dirigidas ao hospedeiro.