L’infection par le virus de l’hépatite B (HBV) est problème majeur de santé publique mondial car, en dépit d’un vaccin efficace, les traitements curatifs actuels ne permettent pas l’élimination complète du virus. Comprendre les mécanismes de réplication du virus et son rôle dans la survenue du cancer hépatocellulaire (CHC) reste un enjeu majeur.Le rôle de la protéine HBx dans l’infection par HBV et l’oncogenèse viro-induite, reste mal connu, malgré un grand nombre de publications, car les fonctions décrites jusqu'alors sont limitées à des contextes d’études particuliers, souvent loin des conditions physiologiques.Mes travaux de thèse reposent sur l’utilisation de modèles d’études proches de la physiologie naturelle d’une infection par HBV, notamment des cellules primaires infectables in vitro. J’ai pu démontrer lors de mon étude que HBx est indispensable à la réplication de HBV, et qu’il agit essentiellement via son interaction avec DDB1 pour contrer la restriction du virus due au complexe SMC5/6, en induisant sa dégradation. Ce facteur de restriction permet de bloquer la transcription de l’ADN viral au niveau épigénétique. Ce nouveau rôle inattendu de SMC5/6 ouvre de nombreux axes de recherche, notamment sur les mécanismes de restriction des virus à ADN épisomal. SMC5/6 est connu pour son implication dans les voies de réparation de l’ADN : la dernière partie de ce manuscrit montre que sa dégradation dans les cellules infectées, altère ces mécanismes et sensibilise les cellules aux dommages à l’ADN, induits notamment par la radiothérapie. La présence de HBx dans les CHC pourrait ainsi s’avérer un atout pour le traitement du CHC / Hepatitis B virus (HBV) infection is a major health problem worldwide as (1) despite an effective preventive vaccine over 240 million individuals are chronically infected and (2) the actual viral suppressive treatments available do not eliminate viral DNA from cells. Thus, infected individuals are at a high risk of developing hepatocellular carcinoma (HCC) and understanding viral replication mechanisms and how it impacts on hepatocarcinogenesis is a major challenge.The role of the HBx protein, notably in viral replication and oncogenic processes, is the subject of many publications. However, many studies have often used non-physiological infection conditions. My thesis project has addressed these limitations by using cellular models, including primary human hepatocytes which can be infected by HBV, to investigate HBx’s role in these processes. I have shown that HBx is indispensable for HBV replication and that HBx associates with the infected cell’s DDB1/ E3 ubiquitin complex to target its Smc5/6 complex for degradation via the proteasome. These studies have identified that the Smc5/6 complex is a novel viral restriction factor that acts at an epigenetic level to block viral replication. This unexpected role of SMC5/6 has led to new research into the evolutionary conservation of restriction factors for episomal DNA viruses. As SMC5/6 is implicated in DNA Damage Repair (DDR), the last section of my thesis reports how SMC5/6 degradation in infected cells can sensitise cells to the cell killing effects of DNA damaging agents such as ionizing radiation and hydroxyurea. These results open-up possibilities for HCC treatment where HBx expression may be of therapeutic benefit

La grippe, infection respiratoire virale fréquente, est due aux virus Influenza. Leur génome est constitué par huit molécules d’ARN de polarité négative retrouvés sous la forme de complexe ribonucléique (RNPv). Au cours du cycle viral, il a été démontré que les régions terminales des segments de gène étaient cruciales pour l’incorporation sélective des huit RNPv à l’intérieur des particules virales. Par des techniques d’interaction in vitro et de tomographie électronique, nous avons montré que les segments de gène du virus H3N2 interagissaient entre eux par des interactions ARN/ARN impliquant leurs régions de packaging. Nos résultats suggèrent que la mise en place de ce réseau permettrait la formation d’un complexe supra macromoléculaire multi-segmenté permettant l’incorporation d’un jeu complet des huit RNPv dans les particules virales néosynthetisées. En raison de la nature segmentée du génome viral, des phénomènes de réassortiment génétique peuvent avoir lieu lors d’une co-infection. Afin de définir les mécanismes responsables de la restriction observée lors de ce phénomène, nous avons évalué le taux de réassortiment génétique in vitro entre le virus humain H3N2 et le virus aviaire H5N2. Nos résultats suggèrent que le mécanisme gouvernant l’incorporation sélective des segments de gènes, régulerait le réassortiment génétique. Nous avons montré que la modulation de l’interaction ARN/ARN entre les segments de gènes HA et M permet d’augmenter le taux d’incorporation du segment de gène HA H5 dans le fond génétique du virus humain, prérequis pour l’émergence de virus pandémique / The Flu is a frequent viral infectious disease caused by the Influenza viruses. Their genomes are composed by eight negative single-stranded RNA organised as vRNPs. During the viral cycle, the terminal non-coding and coding regions of viral genome have been shown to be crucial for the selective incorporation of a complete set of the eight vRNPs into influenza viral particles. Band shift assay and electron tomography allowed us to show that all gene segments interact together by RNA/RNA interactions involving their packaging region. Our results suggest that the eight genomic vRNAs are selected and packaged as an organized supramolecular complex held together between identified packaging regions into neosynthesized virions. Due to genome segmented nature, genetic reassortment can occur during co-infection. In order to identify molecular mechanisms responsible for the observed restriction during the genetic reassortment, we have developed a new competitive reverse genetic strategy allowing us to evaluate the genetic reassortment between H3N2 and H5N2 viruses. Our results suggest that mechanism controlling the packaging should regulate genetic reassortment. We have shown that the modulation of RNA/RNA interaction between HA and M gene segment have allowed us to increase HA H5 gene segment incorporation rate into a viral human genetic background, prerequisite for pandemic virus emergency

Le génome des virus influenza de type A est composé de huit segments de gènes (ARNv) de polarité négative retrouvés sous la forme de complexes ribonucléiques (RNPv). L'incorporation sélective des huit RNPv dans les particules virales néosynthétisées se fait par un mécanisme moléculaire qui fait intervenir des signaux d'encapsidation dites « région de packaging ». Nous avons montré que les segments de gènes interagissaient entre eux via des interactions de type ARN/ARN permettant la formation d'un réseau d'interactions. Nous avons de plus montré que les régions de packaging décrites dans la littérature semblent héberger les régions impliquées dans la mise en place du réseau d'interactions. Cette étude a été réalisée pour le virus humain H3N2 et le virus aviaire H5N2. Le mécanisme d'incorporation sélective des segments de gènes semble également réguler le réassortiment génétique, processus génétique responsable de l'émergence de virus réassortants. Nous avons montré qu'une restriction génomique impliquant les régions de packaging semble être responsable du taux de réassortiment génétique faible observé in-vitro et in-vivo. La modulation du réseau d'interactions ARN/ARN semble être nécessaire pour l'incorporation de segments aviaire dans le fond génétique du virus humain. Pour finir, nous avons montré que la composition génomique des virus réassortants vaccinaux joue un rôle central dans la réplication virale et dans la production des antigènes vaccinaux. Par une stratégie de cryo-microscopie, nous avons montré que la protéine PB1 joue un rôle central dans l'optimisation de la production des antigènes de surface / The genome of the influenza A virus (IAV) comprises eight single-stranded negativesense RNA segments (vRNAs). All eight vRNAs are selectively packaged into each progeny virion via packaging signal sequences that are located at both ends of the vRNAs. How these signals ensure packaging of all eight vRNAs remains unclear. It was hypothesized that selective packaging might be driven by direct interactions between vRNAs. Combination of biochemical and reverse genetic approaches allowed us to identify short nucleotide regions on vRNAs interacting with each other in vitro. Here, we demonstrated the importance of these interactions in the packaging process of the human H3N2 and avian H5N2 viral genomes. Furthermore, our results suggest that the packaging process could regulate genetic reassortment. Indeed, we observed that the genetic reassortment between H3N2 and H5N2 viruses is restricted as the avian vRNA HA cannot be incorporated into the human genetic background. Our investigations indicated that (i) the packaging signals are crucial for genetic reassortment and (ii) the modulation of the vRNAs interaction network may be required for the incorporation of the avian HA gene into the human genetic background. Characterization of seed viruses showed that the genetic composition is important for both high growth ability and antigen production. Indeed, cryo-electronic microscopy observations of reassortant virus indicated that the PB1 gene can strongly influence the antigen glycoprotein spike density

Mon travail de thèse a été basé sur la caractérisation de l'interaction entre Gag (NCp7) et la RPL7 en milieu cellulaire et in vitro ainsi sur son rôle fonctionnel dans le cycle viral. La polyprotéine Gag du VIH-1 orchestre l’assemblage de la particule virale, en favorisant l’encapsidation de l'ARN génomique viral par son domaine NCp7, et en recrutant des protéines virales et cellulaires. Notre hypothèse est de savoir, si Gag peut contrôler sa propre synthèse et par conséquence la transition entre traduction et encapsidation de l'ARN génomique dans les particules naissantes. Nous avons étudié les protéines cellulaires, identifiées par double hybride, qui peuvent interagir avec Gag et NCp7. La RPL7 humaine est l'une de ces protéines de la grande sous-unité 60S ribosomique. Elle se compose de 248 acides aminés et a la capacité d'inhiber la traduction. Cette fonction peut expliquer le «switch» entre la traduction et de l'encapsidation de l'ARN génomique. Les résultats ont montré que Gag était capable d'interagir avec d'autres protéines que la RPL7 de la sous-unité 60S, par son domaine NCp7. / Thesis work was based on characterization of interaction between Gag (NCp7) and RPL7 in cellular environment and in vitro and its functional role in the viral cycle. Gag polyprotein of HIV-1 orchestrates assembly of the virus particle, especially by driving packaging of the viral genomic RNA through its NCp7 domain, and by the recruitment of viral and cellular protein partners. Our hypothesis was to know, whether Gag can control its own synthesis and consequently the transition between translation and packaging of the genomic RNA into nascent particles. We investigated cellular proteins, identified by a two-hybrid assay, which can interact with Gag and NCp7. Human RPL7 is one such protein from large ribosomal subunit 60S. It consists of 248 amino acids and has the ability to inhibit translation. This function can explain the 'switch' between translation and packaging of the genomic RNA. Results showed that Gag was capable of interacting with RPL7 and other proteins from 60S subunit, through its NCp7 domain.

Les phytovirus empruntent les vaisseaux du phloème pour envahir leur plante hôte de manière systémique. Ce mouvement étant très mal connu, l’objectif de cette étude était d’identifier par une approche transcriptomique, des gènes spécifiquement dérégulés dans les cellules compagnes (CC) suite à l’infection virale par un Polerovirus, le Turnip yellows virus (TuYV) ou par un Potyvirus, le Lettuce mosaic virus (LMV). Pour ce faire, des protoplastes de CC ont été préparés et triés par la technologie de FACS. Les ARN extraits ont ensuite été traités par RNAseq et hybridation sur puces CATMA. Malgré d’importantes variations entre les expériences, nous avons identifié des processus biologiques communs affectés par les infections virales : la voie d’assimilation du soufre et le mécanisme de résistance systémique acquise (SAR) pour le LMV, et la voie de biosynthèse des glucosinolates pour le TuYV. Pour compléter cette étude, une banque d’ADNc spécifique des CC a été construite et criblée en utilisant le domaine C-terminal de la protéine RT du TuYV. Une interaction avec la protéine CIPK7 a été détectée et le rôle potentiel de cette interaction dans le cycle viral a été étudié in planta. / Phytoviruses invade systemically their host plant through the phloem. As this viral step remains poorly understood, the aim of this work was to identify, using a transcriptomic approach, genes specifically deregulated in companion cell (CC) during infection with the Polerovirus Turnip yellows virus (TuYV) and the Potyvirus Lettuce mosaic virus (LMV). CC protoplasts were prepared and sorted by FACS technology. Extracted RNA were further analyzed by RNAseq andCATMA microarrays. Although considerable variations between the experiments were observed,we were able to identify common biological processes affected by viral infections: sulfate assimilation and systemic acquired resistance (SAR) mechanism for LMV and glucosinolate biosynthesis for TuYV. To complete this study on systemic viral movement, a CC-specific cDNA library was constructed and screened using the TuYV RT C-terminal domain as a bait. An interaction with the AtCIPK7 protein was retrieved, a protein kinase interacting with calcineurin Blike proteins. The potential role of this interaction in the viral cycle in planta was further investigated in planta.

Le virus de l'hépatite C (HCV) représente un problème de santé publique à l'échelle mondiale. Les thérapies actuelles ne permettent pas de guérir tous les patients infectés par le HCV et certains antiviraux ont des effets secondaires importants. Dans la première partie de ma thèse, nous avons identifié des combinaisons d'antiviraux à action directe (DAA) et d'inhibiteurs d'entrée caractérisés par un effet synergique dans la prévention et le traitement du HCV dans des modèles de culture cellulaire et les souris uPA-SCID avec un foie chimérique. Ceci représente une nouvelle stratégies de lutte contre l'infection par le HCV. Dans la seconde partie de ma thèse, nous avons démontré que le mode de transmission du HCV de cellule à cellule est la voie de transmission dominante dans les modèles de culture cellulaire. De plus, les virus résistant aux DAA se propagent efficacement grâce à la transmission de cellule à cellule. L'inhibition de la transmission de cellule à cellule en utilisant des inhibiteurs d'entrée est un moyen efficace pour empêcher l'émergence de virus résistant aux DAA et pour potentialiser l'efficacité antivirale des DAA pour éradiquer l'infection par le HCV. / Hepatitis C virus (HCV) poses a threat to global health with infecting about 170 million people. Current therapies cannot cure all the patients infected with HCV and have obvious side effects. In the first part of my thesis, we uncovered combinations of direct-acting antivirals (DAAs) and entry inhibitors caracterized by a synergistic effect in prevention and treatment of HCV infection using HCV cell culture models and human liver chimeric uPA-SCID mice, thereby providing a new strategy to control HCV infection. In the second part of my thesis, we demonstrated that HCV cell-cell transmission is the dominant transmission route in cell culture models and that DAA-resistant HCV spread efficiently through cell-cell transmission to develop viral resistance. Blocking cell-cell transmission using entry inhibitors allows to prevent the emergence of DAA-resistant virus and potentiates the antiviral efficacy of DAAs to clear HCV infection. In summary, we provide novel strategies to enhance antiviral efficacy by combining entry inhibitors and DAAs and to prevent viral resistance by blocking viral cell-cell transmission.

Le virus de l’hépatite C (VHC) dépend de facteurs cellulaires pour accomplir son cycle viral et persister dans l’hôte. L’une des stratégies de notre laboratoire consiste à étudier de manière approfondie le réseau d’interactions virus-hôte, afin d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques cellulaires et de développer des antiviraux plus efficaces pour vaincre la résistance virale. Durant ma thèse j’ai étudié deux facteurs cellulaires importants pour le VHC. Le premier est la protéine ribosomale RACK1. Nous avons montré que cette protéine est spécifiquement requise pour la traduction IRES-dépendante du VHC, et non pour la traduction coiffe-dépendante. Le deuxième facteur est une protéine de surface des gouttelettes lipidiques appelée TIP47. Nous avons montré que cette protéine est importante à la fois pour l’assemblage et pour l’export des particules virales. L’ensemble de ces travaux montre que de nouvelles cibles thérapeutiques pourraient être envisagées pour lutter contre le VHC. / The hepatitis C virus (HCV) relies on cellular factors to complete its life cycle and persist in its host. One of the strategies employed by our laboratory is the in-depth study of the network of virus-host interactions to identify new therapeutic cellular targets and develop more effective antivirals to overcome viral resistance.During my PhD, I studied two cellular factors involved in the HCV life cycle. The first factor is the ribosomal protein RACK1. We have shown that this protein is specifically required for the HCV IRES-mediated translation but not for the cap-mediated translation. The second factor is the lipid droplets binding protein TIP47. We have shown that this protein is important for both assembly and export of viral particles. This work shows that new therapeutic targets could be considered in the fight against HCV.

La polyprotéine de structure Gag du VIH-1 est responsable de l’assemblage des particules virales dans les cellules infectées. Au niveau moléculaire, cette protéine s’oligomérise en formant des complexes Gag-Gag autour de deux plates-formes moléculaires, d'une part l'ARN génomique via son domaine NCp7 (NucleoCapsid protein 7) et d'autre part, la membrane plasmique via son domaine MA (Matrice). De plus, lors du trafic de Gag dans la cellule, Gag détourne les protéines ESCRT comme TSG101 et ALIX de la machinerie cellulaire afin de bourgeonner et d’être libérées dans le milieu extracellulaire. Dans cette thèse, nous avons étudié le rôle du domaine NCp7 seul ou au sein de Gag (GagNC) dans les interactions Gag-Gag et Gag-TSG101 en utilisant des approches biochimiques et de la microscopie de fluorescence quantitative. Les résultats ont montré que l'absence du domaine NCp7 affecte l’oligomerisation de Gag qui s’accumule alors dans le cytoplasme sous forme d’agrégats de taille importante. Par ailleurs, le trafic intracellulaire de Gag est affecté par les mutations dans le domaine GagNC avec une augmentation importante de temps nécessaire à Gag pour arriver à la membrane plasmique. Enfin, nous avons montré que GagNC i) renforce l’interaction entre le domaine p6 de Gag et TSG101 et ii) par sa fonction dans le trafic de Gag, est responsable de la localisation de TSG101 à la PM. Sur la base de ces résultats, des études sont maintenant en cours pour développer des tests afin d’identifier des molécules possédant un potentiel anti virale. / The Gag structural polyprotein of HIV-1 orchestrates viral particle assembly in producer cells, in a process that requires two platforms, the genomic RNA on the one hand and a membrane with a lipid bilayer, on the other. During its transportation from translating ribosomes to plasma membrane, Gag hijacks cellular proteins of the cytoskeleton and the ESCRT proteins like TSG101, Alix, etc., to egress viral particles. However, a number of questions remain to be answered before they are clearly apprehended. In this thesis, , we studied the role of the NC domain alone or as part of Gag (GagNC) in Gag-Gag and Gag-TSG101 interactions, which are essential for the assembly and budding of HIV-1 particles using quantitative fluorescent microscopy and biochemical approach. Results, showed that the absence of NC domain lead to (1) an accumulation of Gag as large aggregates that are dispersed in the cytoplasm, (2) a decrease of Gag-Gag condensation and (3) a delay for Gag-Gag complexes in reaching the PM, (4) improved interaction between Gag and TSG101, and (5) by its virtue in Gag trafficking docks TSG101 to the PM. This regulatory effect of NCp7 domain in either TSG101 or Gag or both protein- regulated pathways during virus budding can be exploited to develop inhibitors targeting HIV-1.

L’apprêtement antigénique par les protéases intracellulaires et la présentation des épitopes sont essentiels pour la reconnaissance des cellules infectées par les lymphocytes CD8+. Ici nous avons montré que certains inhibiteurs de la protéase de la VIH (IPs) modulent l’activité de la protéasome et aminopeptidase impliqué dans l’apprêtement antigénique endogène et l’activité cathepsins importante dans l’apprêtement croisée. Deux IPs agissent directement sur les cathepsins et leurs régulateurs en inhibant les activités kinase, NOX2 et en régulant le pH phagolysosomal. Les IPs ont changé la dégradation des protéines viral et la production des épitopes de façon séquence- et cellule-spécifique, ont altéré la présentation direct et croisée des épitopes, et ont partiellement changé l’auto-peptidome des cellules primaires. La modulation par les drogues de l’apprêtement et la présentation des épitopes peut fournir une approche thérapeutique alternative pour moduler la reconnaissance immunitaire. / Antigen processing by intracellular proteases and peptidases and epitope presentation are critical for recognition of pathogen-infected cells by CD8+ T lymphocytes. Here we show that several HIV protease inhibitors (PIs) prescribed to HIV-infected persons variably modulate proteasome and aminopeptidase activities involved in endogenous antigen presentation and cathepsin activities involved in antigen cross-presentation. Two HIV PIs acted directly on cathepsins and on their regulators by inhibiting kinases, NOX2 and the regulation of phagolysosomal pH, subsequently enhancing cathepsin activities. HIV PIs modified HIV protein degradation and epitope production in a sequence- and cell-dependent manner, altered direct- and cross-presentation and T cell-mediated killing, and partly changed the self-peptidome of primary cells. Drug-induced modulation of antigen processing and peptidome may provide an alternate therapeutic approach to modulate immune recognition.

L’enroulement de la vigne cause des pertes de rendement et de la qualité des vins au niveau mondial. Il est causé par quatre espèces de Grapevine leafroll-associated virus(GLRaVs) ; GLRaV-1, -2, -3, -4-like. Si le GLRaV-2 (genre Closterovirus) ne possède pas de vecteur connu, les trois autres espèces (genre Ampelovirus) sont transmises par cochenilles(Coccoidea) qui contribuent à leur dispersion dans et entre les vignobles. Les vignobles de la France septentrionale (Alsace, Bourgogne, Champagne) sont les plus impactés par l’enroulement viral. Ce travail a porté sur le rôle vecteur de Phenacoccus aceris, espèce connue pour son efficacité de transmission et de dispersion des ampélovirus, ainsi que de vitivirus souvent associés. Les interactions cellulaires et moléculaires entre virus et cochenille restent peu connues. Une approche pluridisciplinaire combinant entomologie,virologie, biologie cellulaire et moléculaire a été développée pour étudier la biologie de la vection du GLRaV-1 et du Grapevine virus A (GVA) par P. aceris. Des expériences de transmission ont montré que ces virus sont transmis selon le mode semi-persistant non circulant. L’étude préliminaire du comportement alimentaire de P. aceris sur vigne par électropénétrographie a révélé une activité similaire à celle d'autres espèces de cochenilles déjà décrites et suggère un effet de l’infection sur le comportement alimentaire. L’anatomie des pièces buccales de P. aceris, organes directement impliqués dans la transmission et la rétention de virus non-circulants a été décrite et une méthode basée sur l’acquisition de virus purifié sur membrane a été développée pour rechercher les sites de rétention virale dans le vecteur. / Grapevine leafroll disease affects grape yield and wine quality worldwide. It is caused by four species of Grapevine leafroll-associated virus (GLRaVs) (GLRaV-1, -2, -3, -4-like).While GLRaV-2 (genus Closterovirus) has no known vector, the other three (genus Ampelovirus) are transmitted by mealybugs (Coccoidea) and thus prone to be dispersed within and between vineyards. In north-eastern France (Alsace, Bourgogne et Champagne),vineyards are more impacted by Grapevine leafroll disease. This thesis focusses on the vector role of the species Phenacoccus aceris, known for its efficiency in transmission and dissemination of ampeloviruses, as well as often associated vitiviruses. Molecular and cellular interactions between viruses and mealybugs remain poorly known. A multidisciplinary approach, combining entomology, virology, molecular and cellular biology, was developed to analyse the vector biology of GLRaV-1 and Grapevine virus A (GVA) by P. aceris.Transmission experiments showed that GLRaV-1 and GVA transmission follows the semipersistent non-circulative mode. A preliminary study of P. aceris feeding behavior on grape using electropenetrography revealed an activity similar to that of other mealybug species already described and suggested a potential effect of infection on Ph. aceris feeding behavior. The anatomy of mouth parts, directely implied in transmission and retention of non circulative viruses was described and a method for membrane acquisition of purified virus was developed to search for virus retention sites within the vector.