A global concern has emerged with the pandemic spread of Zika virus (ZIKV) infections that can cause severe neurological symptoms in adults and newborns. ZIKV is a positive-strand RNA virus replicating in virus-induced membranous replication factories (RFs). Here we used various imaging techniques to investigate the ultrastructural details of ZIKV RFs and their relationship with host cell organelles. Analyses of human hepatic cells and neural progenitor cells infected with ZIKV revealed endoplasmic reticulum (ER) membrane invaginations containing pore-like openings toward the cytosol, reminiscent to RFs in Dengue virus-infected cells. Both the MR766 African strain and the H/PF/2013 Asian strain, the latter linked to neurological diseases, induce RFs of similar architecture. Importantly, ZIKV infection causes a drastic reorganization of microtubules and intermediate filaments forming cage-like structures surrounding the viral RF. Consistently, ZIKV replication is suppressed by cytoskeleton-targeting drugs. Thus, ZIKV RFs are tightly linked to rearrangements of the host cell cytoskeleton.

Non-structural protein 1 (NS1) is one of the most enigmatic proteins of the Dengue virus (DENV), playing distinct functions in immune evasion, pathogenesis and viral replication. The recently reported crystal structure of DENV NS1 revealed its peculiar three-dimensional fold; however, detailed information on NS1 function at different steps of the viral replication cycle is still missing. By using the recently reported crystal structure, as well as amino acid sequence conservation, as a guide for a comprehensive site-directed mutagenesis study, we discovered that in addition to being essential for RNA replication, DENV NS1 is also critically required for the production of infectious virus particles. Taking advantage of a trans-complementation approach based on fully functional epitope-tagged NS1 variants, we identified previously unreported interactions between NS1 and the structural proteins Envelope (E) and precursor Membrane (prM). Interestingly, coimmunoprecipitation revealed an additional association with capsid, arguing that NS1 interacts via the structural glycoproteins with DENV particles. Results obtained with mutations residing either in the NS1 Wing domain or in the β-ladder domain suggest that NS1 might have two distinct functions in the assembly of DENV particles. By using a trans-complementation approach with a C-terminally KDEL-tagged ER-resident NS1, we demonstrate that the secretion of NS1 is dispensable for both RNA replication and infectious particle production. In conclusion, our results provide an extensive genetic map of NS1 determinants essential for viral RNA replication and identify a novel role of NS1 in virion production that is mediated via interaction with the structural proteins. These studies extend the list of NS1 functions and argue for a central role in coordinating replication and assembly/release of infectious DENV particles.

ABSTRACT With no therapeutics available, there is an urgent need to better understand the pathogenesis of flaviviruses which constitute a threat to public health worldwide. During infection, dengue virus (DENV) and Zika virus (ZIKV), two flaviviruses induce alterations of mitochondria morphology to favor viral replication, suggesting a viral co-opting of mitochondria functions. Here, we performed an extensive transmission electron microscopy-based quantitative analysis to demonstrate that both DENV and ZIKV alter endoplasmic reticulum-mitochondria contacts (ERMC). This correlated at the molecular level with an impairment of ERMC tethering protein complexes located at the surface of both organelles. Furthermore, virus infection, as well as NS4B expression modulated the mitochondrial oxygen consumption rate. Consistently, metabolomic and mitoproteomic analyses revealed a decrease in the abundance of several metabolites of the Krebs cycle and changes in the stoichiometry of the electron transport chain. Most importantly, ERMC destabilization by protein knockdown increased virus replication while dampening ZIKV-induced apoptosis. Overall, our results support the notion that flaviviruses hijack ERMCs to generate a cytoplasmic environment beneficial for sustained and efficient replication.

Infection of pregnant women by Zika virus (ZIKV) is associated with severe neurodevelopmental defects in newborns through poorly defined mechanisms. Here, we established a zebrafish in vivo model of ZIKV infection to circumvent limitations of existing mammalian models. Leveraging the unique tractability of this system, we gained unprecedented access to the ZIKV-infected brain at early developmental stages. The infection of zebrafish larvae with ZIKV phenocopied the disease in mammals including a reduced head area and neural progenitor cells (NPC) infection and depletion. Moreover, transcriptomic analyses of NPCs isolated from ZIKV-infected embryos revealed a distinct dysregulation of genes involved in survival and neuronal differentiation, including downregulation of the expression of the glutamate transporter vglut1 , resulting in an altered glutamatergic network in the brain. Mechanistically, ectopic expression of ZIKV protein NS4A in the larvae recapitulated the morphological defects observed in infected animals, identifying NS4A as a key determinant of neurovirulence and a promising antiviral target for developing therapies.

ABSTRACT Infection of pregnant women by Zika virus (ZIKV) is associated with severe neurodevelopmental defects in newborns through poorly defined mechanisms. Here, we engineered a zebrafish in vivo model of ZIKV infection to circumvent limitations of existing mammalian models. Leveraging the unique tractability of this system, we gained unprecedented access to the ZIKV-infected brain at early developmental stages. The infection of zebrafish larvae with ZIKV phenocopied the disease in mammals including a reduced head area and neural progenitor cells (NPC) infection and depletion. Moreover, transcriptomic analyses of ZIKV-infected NPCs revealed a distinct dysregulation of genes involved in survival and neuronal differentiation, including downregulation of the expression of the glutamate transporter vglut1 , resulting in an altered glutamatergic network in the brain. Mechanistically, ectopic expression of ZIKV protein NS4A in the larvae recapitulated the morphological defects observed in infected animals, identifying NS4A as a key determinant of neurovirulence and a promising antiviral target for developing therapies.

Zika virus (ZIKV) infection causes significant human disease that, with no approved treatment or vaccine, constitutes a major public health concern. Its life cycle entirely relies on the cytoplasmic fate of the viral RNA genome (vRNA) through a fine-tuned equilibrium between vRNA translation, replication and packaging into new virions, all within virus-induced replication organelles (vRO). In this study, with an RNAi mini-screening and subsequent functional characterization, we have identified insulin-like growth factor 2 mRNA-binding protein 2 (IGF2BP2) as a new host dependency factor that regulates vRNA synthesis. In infected cells, IGF2BP2 associates with viral NS5 polymerase and redistributes to the perinuclear viral replication compartment. Combined fluorescence in situ hybridization-based confocal imaging, in vitro binding assays, and immunoprecipitation coupled to RT-qPCR, showed that IGF2BP2 directly interacts with ZIKV vRNA 39-nontranslated region. Using ZIKV sub-genomic replicons and a replication-independent vRO induction system, we demonstrated that IGF2BP2 knockdown impairs de novo viral organelle biogenesis and, consistently, vRNA synthesis. Finally, the analysis of immunopurified IGF2BP2 complex using quantitative mass spectrometry and RT-qPCR, revealed that ZIKV infection alters the protein and RNA interactomes of IGF2BP2. Altogether, our data support that ZIKV hijacks and remodels the IGF2BP2 ribonucleoprotein complex to regulate vRO biogenesis and vRNA neosynthesis.

Zika virus (ZIKV) infection causes significant human disease that, with no approved treatment or vaccine, constitutes a major public health concern. Its life cycle entirely relies on the cytoplasmic fate of the viral RNA genome (vRNA) through a fine-tuned equilibrium between vRNA translation, replication, and packaging into new virions, all within virus-induced replication organelles (vROs). In this study, with an RNA interference (RNAi) mini-screening and subsequent functional characterization, we have identified insulin-like growth factor 2 mRNA-binding protein 2 (IGF2BP2) as a new host dependency factor that regulates vRNA synthesis. In infected cells, IGF2BP2 associates with viral NS5 polymerase and redistributes to the perinuclear viral replication compartment. Combined fluorescence in situ hybridization-based confocal imaging, in vitro binding assays, and immunoprecipitation coupled to RT-qPCR showed that IGF2BP2 directly interacts with ZIKV vRNA 3’ nontranslated region. Using ZIKV sub-genomic replicons and a replication-independent vRO induction system, we demonstrated that IGF2BP2 knockdown impairs de novo vRO biogenesis and, consistently, vRNA synthesis. Finally, the analysis of immunopurified IGF2BP2 complex using quantitative mass spectrometry and RT-qPCR revealed that ZIKV infection alters the protein and RNA interactomes of IGF2BP2. Altogether, our data support that ZIKV hijacks and remodels the IGF2BP2 ribonucleoprotein complex to regulate vRO biogenesis and vRNA neosynthesis.

Abstract Mitochondria are crucial metabolic organelles that are regulated by both intracellular and extracellular cues. The extracellular matrix (ECM) is a key component of the cellular environment that controls cellular behavior and metabolic activity. Here, we determined how ECM signalling regulates mitochondrial structure and activity. To distinguish mitochondrial regulation from the general survival cues generated by the ECM, we used breast cancer-derived spheres (mammospheres) because of their ability to grow in suspension culture in the absence of ECM. Using this system, we demonstrate that the association of mammospheres with the ECM results in dramatic mitochondrial elongation, along with enhanced mitochondrial respiration and ATP production. This remodeling occurs independently of DRP1 activity, but relies on integrin signaling and actin polymerization. Therefore, our findings demonstrate that ECM-driven actin polymerization plays a crucial role in remodeling mitochondrial networks to promote OXPHOS, which represents a vital step for migrating cells to enhance cellular adhesion and facilitate cell growth.