L'invasion du système nerveux central par des microbes peut être mortelle, entraînant une encéphalite infectieuse caractérisée par des déficits neuronaux, cognitifs et comportementaux, ainsi que par des séquelles neurologiques permanentes¹. L'encéphalite infectieuse touche principalement les enfants et les personnes âgées, dont le système immunitaire compromis augmente leur vulnérabilité. Environ 70 % des cas sont dus à l'invasion virale du SNC par des virus neurotropes tels que le virus de l'herpès simplex 1 (HSV-1), le virus de l'encéphalite japonaise (JEV), le virus du Nil occidental (WNV)², le virus Sindbis (SINV)³ et d'autres, lesquels ont également été liés à l'émergence ultérieure de certaines maladies neurodégénératives⁴,⁵.

Les caractéristiques de l'encéphalite virale incluent l'inflammation et la mort excessive des cellules du SNC qui, lorsqu'elles surviennent pendant des périodes critiques, perturbent la formation de réseaux neuronaux adéquats⁶. Les vertébrés combattent les infections virales en activant la voie de signalisation de l'interféron de type I (IFN)⁷, induisant ainsi la transcription de cytokines et de gènes stimulés par l'IFN (ISGs), ce qui peut aggraver les lésions du SNC dans certains cas⁸. Le développement d'un réseau neuronal fonctionnel repose sur un équilibre délicat entre différenciation cellulaire, mort cellulaire, extension des axones, spécification des neurotransmetteurs et synaptogénèse, tandis que toute déviation de ces paramètres entraîne une activité neuronale et un comportement aberrants.

Malgré les interventions existantes contre l'encéphalite virale, de nombreux mécanismes sous-jacents à la perturbation du SNC restent mal compris. Pour combler cette lacune, nous utilisons le poisson-zèbre afin d'élucider les mécanismes des perturbations neurodéveloppementales causées par l'encéphalite virale. Le poisson-zèbre présente des avantages exceptionnels — transparence optique, développement externe rapide, facilité de manipulation génétique et rentabilité — facilitant les études longitudinales, l'imagerie in vivo du SNC et l'utilisation de diverses lignées transgéniques et mutantes pour marquer et manipuler les cellules d'intérêt.

Nous injectons le virus Sindbis (SINV), un virus à ARN simple brin de polarité positive de la famille des Togaviridae, dans des larves de poisson-zèbre de type sauvage (WT) et 3ɸ-/- (déficientes en IFN) à 3 jours post-fécondation (dpf) et suivons l'infection jusqu'à 4 jours post-infection (dpi). À ces stades, le cerveau larvaire n'est pas encore entièrement développé, certaines régions étant neurogènes et d'autres synaptogènes, ce qui nous permet d'étudier l'effet de l'invasion virale pédiatrique sur le développement du SNC⁹,¹⁰. Jusqu'à présent, nous avons cartographié la dynamique de l'invasion virale en utilisant diverses voies d'injection et avons constaté que les injections péricardiques produisent les schémas d'infection les plus constants¹¹. Nos observations indiquent que ces injections entraînent une neuroinvasion entre la fin du 2ᵉ et le début du 3ᵉ jour post-injection (dpi), affectant principalement le cerveau postérieur et moyen, et induisant des changements tant comportementaux que dans les cellules immunitaires. Actuellement, nos recherches se concentrent sur la quantification des cellules mortes et l'élucidation des mécanismes de la mort cellulaire.

Dans le cadre du projet de doctorat, nous souhaitons répondre aux questions suivantes : quels types cellulaires infectent le SNC ? Quel est l'effet de l'encéphalite et de l'inflammation sur l'extension des axones et la formation des synapses ? L'inflammation, principalement induite par l'IFN1, aggrave-t-elle les lésions neuronales ? Et comment cela se traduit-il en termes d'activité neuronale et de comportement ?
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Invasion of the central nervous system by microbes can be life-threatening, leading to infectious encephalitis which is characterized by neuronal, cognitive, and behavioral deficits, as well as permanent neural sequelae1. Infectious encephalitis mainly affects children and the elderly, whose compromised immune systems increase their vulnerability. Around 70% of infectious encephalitis cases are due to viral invasion of the CNS by neurotropic viruses like Herpes Simplex Virus 1 (HSV-1), Japanese Encephalitis Virus (JEV), West Nile Virus (WNV)2, Sindbis Virus (SINV)3 and many others that have been also linked to later emergence of certain neurodegenerative diseases4,5. Hallmarks of viral encephalitis are inflammation excessive death of the CNS cells, which, when occurring during critical developmental periods, disrupts the formation of proper neural networks6. Vertebrates counter viral infections by activating the type I interferon (IFN) signaling pathway7, thereby inducing the transcription of cytokines and IFN-stimulated genes (ISGs) that can also exacerbate CNS damage in some cases8. The development of a well-functioning neural network relies on a delicate balance among cell differentiation, cell death, axon extension, neurotransmitter specification, and synaptogenesis; while deviations from these physiological ranges results in aberrant neural activity and behavior.

Despite the availability of interventions for viral encephalitis, many mechanisms underlying CNS disruption remain poorly understood. To address this gap, we are utilizing zebrafish to uncover the mechanistic insights into neurodevelopmental disruptions caused by viral encephalitis. Zebrafish offer exceptional advantages—including optical transparency, rapid external development, ease of genetic manipulation, and cost-effectiveness—that facilitate longitudinal studies, in vivo imaging of the CNS, and the use of diverse transgenic and mutant lines to label and manipulate cells of interest.

We are injecting Sindbis Virus (SINV), a single-stranded positive-sense RNA virus belonging to the Togaviridae family, into WT and 3ɸ-/- (IFN deficient) zebrafish larvae at 3 days post fertilization (dpf) and monitoring the infection until 4 days post infection (dpi). During these stages of development, the larval brain is still not yet fully developed, where some regions are neurogenic and other synaptogenic allowing us to dissect the effect of pediatric viral invasion on CNS development9,10. So far, we have mapped the dynamics of viral invasion using various injection routes in zebrafish and have determined that pericardial injections yield the most consistent infection patterns11. Our observations indicate that pericardial injections result in neuroinvasion at late 2 to early 3 days post-injection (dpi), primarily affecting the hindbrain and midbrain, and inducing both behavioral and immune cell changes. Currently, our research focuses on quantifying the proportions of dead cells and elucidating the mechanisms of cell death favored by the system. In the PhD project, we want to answer the following questions: What are the cell types infected the CNS? What is the effect of encephalitis and inflammation on axon extension and formation of synapses? Does inflammation, primarily driven by IFN1, exacerbate neuronal damage? How does that reflect in terms of neural activity and behavior?
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Début de la thèse : 01/10/2025

Funding category:

Contrats ED : Programme blanc GS-LSaH