Abstract :
[en] Cyprinid herpesvirus 3 (CyHV-3) is a highly pathogenic virus responsible for a lethal disease in both common and koi carp (Cyprinus carpio). The common carp is one of the most important freshwater species cultivated for human consumption. Its colourful subspecies koi is grown for personal pleasure and exhibitions. Both common and koi carp are economically important and since its description in the late 1990s, the CyHV-3 has caused severe financial losses in these two carp industries worldwide. Because of its economic importance and its numerous original biological properties, CyHV 3 became rapidly an attractive subject for both applied and fundamental research.
The objectives of this thesis were to investigate the role of two unrelated innate immune mechanisms of carp in anti-CyHV-3 immunity. The first objective was to determine the role of epidermal mucus as an innate immune barrier against CyHV-3 entry during the early developmental stages of carp. To test this hypothesis, we investigated the sensitivity and the permissivity of carp to CyHV-3 during the early stages of its development. This hypothesis was tested using a recombinant CyHV-3 strain expressing luciferase as a constitutive reporter gene and in vivo bioluminescence imaging system. We demonstrated that carp are sensitive and permissive to CyHV 3 infection since hatching, but that their sensitivity remains relatively low in the two early developmental stages. Similarly to adults, we confirmed that the skin is the main portal of entry for the virus at early stages, and our results stress out the role of epidermal mucus as an innate immune defense of carp against pathogens even and especially at the early stages of development. The results of this study have been published in Veterinary research.
The second objective of this thesis consisted to investigate whether carp express behavioral fever when infected by CyHV-3; and if so, what could be the effect of this innate immune reaction on the development of CyHV 3 disease. When infected by pathogens, both endotherms and ectotherms can express a salutary reaction by increasing their body temperature. While in endotherms this reaction is called fever and depends on intrinsic thermogenesis, ectotherms like teleosts can only upregulate their body temperature by moving to warmer places, hence the term behavioral fever. When studying the pathogenesis of CyHV-3, we observed that carp infected at 24°C (the thermal preference of healthy carp) tended to concentrate around the tank heater when it was running. This observation led us to postulate that infected subjects could express behavioral fever in natural environments where temperature gradients exist. Using multi-chamber tanks encompassing a gradient from 24°C to 32°C, we observed that carp infected by CyHV-3 express a salutary behavioral fever that completely suppresses virus induced mortalities. The relatively late onset of behavioral fever with respect to clinical signs, viral replication and cytokine upregulation led us to postulate that this phenomenon could be delayed by the virus to retain its host at a permissive temperature thereby favoring its replication and spreading. As some herpesviruses have been shown to express soluble decoy cytokine receptors, we hypothesized that CyHV-3 could express such receptor(s) able to neutralize putative pyrogenic cytokines produced by the fish. We found that CyHV-3 ORF12 encodes a soluble decoy receptor for carp Tnfα and that this viral protein makes the virus capable of delaying the migration of infected fish to warmer environments. Remarkably, the study of the molecular mechanism through which the virus alters its host’s behavior led to the discovery of the first pyrogenic cytokine in ectotherms (Tnfα). This study is the first to report the ability of a vertebrate virus to alter the behavior of its host through the expression of a single gene. This second study was submitted for publication when this thesis was printed.
In conclusion, we investigated two innate immune mechanisms expressed by carp against CyHV 3 infection. The results generated in this thesis bring findings related to several scientific fields such as virology, immunology, animal behavior, evolution, ecology and even animal welfare.
[fr] L’herpesvirus cyprin 3 (CyHV-3) est un virus hautement pathogène responsable d’une maladie mortelle chez les carpes commune et koi (Cyprinus carpio). La carpe commune est l’un des poissons d’eau douce les plus produits pour la consommation humaine. Sa sous-espèce colorée koi est élevée par loisir et pour des compétitions de collectionneurs. Les carpes commune et koi sont toutes deux importantes d’un point de vue économique et, depuis sa description fin des années 90, le CyHV-3 a induit des pertes sévères dans ces deux industries à travers le monde. En raison de son importance économique et de ses nombreuses propriétés biologiques originales, le CyHV-3 est rapidement devenu un sujet intéressant à la fois pour la recherche appliquée et fondamentale.
Les objectifs de cette thèse étaient d’étudier deux mécanismes indépendants de la réponse immunitaire innée de la carpe contre le CyHV-3. Le premier objectif était d’étudier le rôle du mucus cutané comme barrière immunitaire innée contre l’entrée du CyHV-3 au cours des premiers stades de développement de la carpe. Afin d’investiguer cette hypothèse, nous avons étudié la sensibilité et la permissivité des carpes au CyHV-3 au cours des premiers stades de développement. Pour ce faire, nous avons utilisé une souche recombinante du CyHV-3 exprimant la luciférase comme gène rapporteur constitutif et la technique de bioluminescence in vivo. Nous avons démontré que les carpes sont sensibles et permissives à l’infection par le CyHV-3 dès l’éclosion, mais que leur sensibilité reste relativement faible au cours des deux stades de développement les plus précoces. Nous avons confirmé que, comme chez les adultes, la peau est la porte d’entrée pour le virus au cours des stades précoces et nos résultats ont mis en exergue le rôle du mucus cutané comme défense immunitaire innée de la carpe contre les pathogènes, aussi et surtout au cours des premiers stades de développement. Les résultats de cette étude ont été publiés dans Veterinary Research. Le second objectif de cette thèse visait à révéler l’expression d’une fièvre comportementale chez les carpes infectées par le CyHV-3; et si tel était le cas, étudier les effets de cette réaction immunitaire innée sur le développement de la maladie induite par le CyHV-3. Lors d’une infection par des pathogènes, les endothermes ainsi que les ectothermes peuvent exprimer une réaction salutaire en augmentant leur température. Alors que chez les endothermes, cette réaction s’appelle la fièvre et dépend de la thermogénèse endogène, les ectothermes, comme les téléostéens, ne peuvent augmenter leur température corporelle qu’en se déplaçant dans des eaux plus chaudes, d’où le terme « fièvre comportementale ». En étudiant la pathogénèse du CyHV-3, nous avons observé que des carpes infectées à 24°C (température préférentielle des carpes non-infectées) avaient tendance à se grouper autour du chauffage de l’aquarium pendant que celui-ci fonctionnait. Cette observation nous a amenés à postuler que les sujets infectés pourraient exprimer une fièvre comportementale dans les environnements naturels où un gradient de température existe. En réalisant une infection au sein d’aquariums compartimentés où un gradient de température était établi de 24°C à 32°C, nous avons observé que les carpes infectées par le CyHV-3 exprimaient une fièvre comportementale salutaire, supprimant toutes les mortalités induites par le virus. Le déclenchement relativement tardif de la fièvre comportementale, au regard des signes cliniques, de la charge viral et de l’augmentation de l’expression des cytokines, nous a amenés à postuler que le virus pourrait retarder ce phénomène afin de maintenir plus longtemps son hôte à une température permissive et ainsi, favoriser sa réplication et sa transmission. Comme des récepteurs leurres ont été révélés chez certains herpesvirus, nous avons émis l’hypothèse que le CyHV-3 pourrait exprimer ce genre de récepteur(s) capable de neutraliser de potentielles cytokines pyrogènes produites par le poisson. Nous avons découvert que l’ORF12 du CyHV-3 code pour un récepteur soluble leurre du Tnfα et que cette protéine virale permet au virus de retarder la migration des poissons infectés dans les eaux plus chaudes. De façon remarquable, l’étude du mécanisme moléculaire par lequel le virus modifie le comportement de son hôte a conduit à la découverte de la première cytokine pyrogène chez les ectothermes (Tnfα). Cette étude est également la première à rapporter un virus capable de modifier le comportement de son hôte vertébré par l’expression d’un seul gène. Cette deuxième étude était soumise pour publication au moment de l’impression de cette thèse.
En conclusion, nous avons investigué deux mécanismes immunitaires innés de la carpe face à une infection par le CyHV-3. Les résultats de cette thèse ont généré des découvertes ayant trait à différents domaines scientifiques comme la virologie, l’immunologie, le comportement animal, l’évolution, l’écologie et même le bien-être animal.
