Les virus Hendra (HeV) et Nipah (NiV) sont des virus émergents appartenant à la famille des Paramyxovirus et au genre des Hénipavirus. Chaque année, ils sont responsables de nombreuses épidémies touchant plusieurs espèces animales dont les hommes, avec une forte morbidité et mortalité. À ce jour, aucun vaccin ni traitement ne sont commercialisés. Ce projet porte sur le développement d’un vaccin génétique pour lutter contre une infection par les Hénipavirus. La stratégie suivie, repose sur l’injection in vivo de vecteurs recombinants dérivés du virus Adéno-Associé (AAVr) codant pour la glycoprotéine d’enveloppe G du virus NiV. Une première expérience réalisée chez la souris, a montré qu’une seule injection de vecteurs AAVr par voie IM permet le développement d’une réponse humorale contre la protéine G, forte et stable dans le temps. Afin de tester le pouvoir protecteur de ce vaccin, des hamsters ont été infectés par les Hénipavirus, compte tenu de leur grande sensibilité à ces infections. L’injection de vecteurs AAVr chez ces animaux a permis de protéger 100 % des animaux infectés par le virus NiV et 50 % des animaux infectés par le virus HeV. Cette étude apporte une nouvelle approche de vaccination et de nouvelles perspectives concernant l’utilisation des vecteurs AAVr pour lutter contre des infections virales émergentes. / Nipah virus (NiV) and Hendra virus (HeV) are closely related, recently-emerged Paramyxoviruses, capable of causing considerable morbidity and mortality in several mammalian species, including humans. Commercially available Henipavirus-specific vaccines are still unavailable and development of novel antiviral strategies to prevent this lethal infection is highly desirable. Here we describe the development of Adeno-Associated Virus (AAV) vaccines expressing the NiV G protein. Characterization of these vaccines in mice demonstrated that a single intramuscular AAV injection was sufficient to induce a potent and long lasting antibody response. Translational studies in hamsters further showed that 100 % of vaccinated animals were protected against a lethal challenge with NiV In addition, this vaccine and induced a cross-neutralizing immune response able to protect 50 % of the animals against a challenge HeV. Altogether, this study presents a new vaccination approach which opens new perspectives toward the evaluation of AAV vectors as a vaccine against these emergent diseases.

Les virus Hendra (HeV) et Nipah (NiV) sont des virus émergents appartenant à la famille des Paramyxovirus et au genre des Hénipavirus. Chaque année, ils sont responsables de nombreuses épidémies touchant plusieurs espèces animales dont les hommes, avec une forte morbidité et mortalité. À ce jour, aucun vaccin ni traitement ne sont commercialisés. Ce projet porte sur le développement d'un vaccin génétique pour lutter contre une infection par les Hénipavirus. La stratégie suivie, repose sur l'injection in vivo de vecteurs recombinants dérivés du virus Adéno-Associé (AAVr) codant pour la glycoprotéine d'enveloppe G du virus NiV. Une première expérience réalisée chez la souris, a montré qu'une seule injection de vecteurs AAVr par voie IM permet le développement d'une réponse humorale contre la protéine G, forte et stable dans le temps. Afin de tester le pouvoir protecteur de ce vaccin, des hamsters ont été infectés par les Hénipavirus, compte tenu de leur grande sensibilité à ces infections. L'injection de vecteurs AAVr chez ces animaux a permis de protéger 100 % des animaux infectés par le virus NiV et 50 % des animaux infectés par le virus HeV. Cette étude apporte une nouvelle approche de vaccination et de nouvelles perspectives concernant l'utilisation des vecteurs AAVr pour lutter contre des infections virales émergentes.

Les infections chroniques de l’Immunodéficience Humaine et de l’Hépatite C (VIH et VHC) sont à l’origine de pandémies. Malgré des traitements avancés, leurs relations avec le système immunitaire ne sont pas résolues et restent nécessaires pour établir de nouvelles stratégies thérapeutiques. Les cellules Natural Killer (NK) sont des effecteurs majeurs antiviraux et sont importants pour l’immunité innée et adaptative. Ils contrôlent leur cytotoxicité et leur fonction immunorégulatrice via de multiples récepteurs activateurs et inhibiteurs qui sont enclenchés par interaction avec leurs ligands respectifs. Parmi tous les récepteurs, je me suis particulièrement intéressé aux Natural Cytotoxicity Receptors NKp30 et NKp44. Il est intéressant de noter que le laboratoire a précédemment identifié un épitope conservé de la gp41 du VIH-1 qui induit l’expression du ligand de NKp44 sur des LT CD4+ les rendant susceptibles à la lyse par des cellules NK-NKp44+. Après plusieurs études, le laboratoire a mis en place une stratégie vaccinale basée sur un peptide de l’épitope conservé de la gp41 qui induit chez la souris des Anticorps Neutralisants (AcNs W614A-3S) contre l’infection VIH-1. Alors que le VIH-2 est considéré comme un modèle unique d’une infection VIH contrôlée, les données sur les cellules NK y sont très limitées. Nous avons observé une dérégulation du récepteur NKp30 et une augmentation de ses ligands qui conduisent à des déficiences de leurs fonctions et représentent un nouveau mécanisme de persistance virale. Ensuite, nous avons observé pendant l’infection chronique par le VHC une forte proportion de cellules NK intra-hépatiques exprimant NKp44 qui corrèle avec la fibrose et la charge virale. De plus, nous avons identifié un épitope conservé de la protéine Core du VHC qui induit le ligand de NKp44 sur des lignées hépatiques. Ces données suggèrent que la déplétion des hépatocytes passe par un mécanisme similaire à celui observé pendant l’infection VIH-1. Enfin, une étude sur des patients VIH-1 contrôleurs nous a permis d’identifier la présence d’AcNs W614A-3S qui sont associées au contrôle viral et au maintien de LT CD4+ fonctionnelles. Ces données ont confirmé le potentiel de ces AcNs et, dont leur production par vaccination, ont été confirmée chez le lapin et le singe. Ainsi, ces études apportent de nouvelles données dans les relations entre les cellules NK et le VIH ou le VHC ainsi que de nouvelles stratégies thérapeutiques. Ces études ont notamment confirmé le pouvoir des AcNs W614A-3S dans un vaccin contre le VIH-1. / Human Immunodeficiency and Hepatitis C (HIV and HCV) chronic infections are at the origin of pandemics. Despite advance drug treatments, their relationship with the immune system is not resolved and is still required to establish new therapeutic strategies. Natural Killer (NK) cells are major antiviral effectors of the immune system and are important for innate and adaptive immune processes. They mediate cytotoxicity and immunoregulation via various activator and inhibitor receptors that are triggered upon interaction with their cognate ligands. Among all receptors, I particularly took an interest in Natural Cytotoxicity Receptors NKp30 and NKp44. Interestingly, the lab previously identified a conserved HIV-1 gp41 épitope that induce expression of NKp44 ligand on CD4+ T cells making them susceptible to lyses by NK-NKp44+ cells. After various studies, the lab established a vaccine strategy based on a peptide from the conserved gp41 épitope that induced in mice Neutralizing Antibodies (Nab W614A-3S) against HIV-1 infection. Whereas HIV-2 infection could be considered as a HIV control infection unique model, data on NK cells are very limited. We found a down-modulation of NKp30 receptor and an increased of its ligands that lead to functional impairments of NK cells and could represent a new viral persistence mechanism. Then, during the HCV chronic infection we found a high proportion of intrahepatic NK cells expressing NKp44 that correlates with fibrosis and viral load. Furthermore we identified a conserved épitope of HCV core protein that induced NKp44 ligand on hepatic cell lines. These data suggest that destruction of hepatocyte might occur by a similar mechanism observed during HIV-1 infection. Finally, a study on HIV-1 controllers patients allow us to identify the presence of Nab W614A-3S that correlates with viral control and the preservation of functional CD4+ T cells. These data confirm the potency of this Nab and their induction by vaccination has been also confirmed in rabbit and macaques. Thus, these studies highlight new data regarding relationship between NK cells and HIV or HCV that could represent new therapeutic approaches. These studies especially confirm the potency of Nab W614A-3S to implement a vaccine against HIV-1.

Les neurotoxines botuliques (BoNTs), agents responsables du botulisme, sont les substances les plus toxiques actuellement connues. L'utilisation d'anticorps neutralisants pour l'immunothérapie passive est la seule solution retenue et accréditée par la FDA à l'heure actuelle. L'immunisation génétique par électroporation intramusculaire d'ADN s'est révélée être une alternative crédible à l'immunisation protéique pour produire des anticorps dirigés contre les sérotypes A et E des BoNTs avec un pouvoir neutralisant suffisamment élevé pour satisfaire aux exigences de la Pharmacopée Européenne. Cependant, les résultats se sont avérés décevants dans le cas du sérotype B, troisième type antigénique associé au botulisme humain. Comprendre la raison de la faible immunogénicité de BoNT/B en vaccination ADN et l'optimiser pour produire des anticorps neutralisants dirigés contre cette dernière ont constitué les deux objectifs de mon travail. En combinant différentes approches, nous avons montré que, contrairement à BoNT/A, la sécrétion de l'antigène BoNT/B est inhibée. Nous avons identifié le réticulum endoplasmique (RE) comme étant l'organite de rétention. Nous avons étudié un lien empirique entre la séquence protéique antigénique de BoNT/B et son accumulation intracellulaire et avons conclu que le mauvais repliement de la protéine antigénique était responsable de sa rétention dans le RE. Parmi les stratégies testées afin d'augmenter l'immunogénicité de BoNT/B en vaccination ADN, l'ajout de sites de N-glycosylation a permis de multiplier par 10 le pouvoir neutralisant des anticorps et l'utilisation des dérivés d'acides biliaires comme adjuvants de formulation est prometteuse. / Botulinum neurotoxins (BoNT) have been characterized to be the most potent toxic substances identified so far. Passive immunization with antiBoNT antisera is the only treatment for botulism to have gained FDA approval. We have previously shown that genetic immunization by the non-viral intramuscular DNA electroporation technique is an effective alternative to recombinant proteins immunization to raise high titer neutralizing antibodies against BoNT serotype A and E. The neutralizing titers obtained were high enough to fit the European Pharmacopeia while it did not for type B, commonly linked to human disease as well. Finding out why BoNT/B immunogenicity is low after DNA vaccination and how we could improve it for generation of high-titer neutralizing antiBoNT/B antiserum were the two main goals of my work. Combining different approaches, we have first shown that BoNT/B antigen secretion was inhibited, while it did not for BoNT/A. We identified the endoplasmic reticulum to be the organelle of retention. Then, we studied an empirical link between BoNT/B antigenic protein sequence and intracellular accumulation. We concluded that protein misfolding could be the reason for BoNT/B retention in the endoplasmic reticulum. Among different strategies tested to improve BoNT/B immunogenicity in DNA vaccination, addition of N-glycosylation sites yielded 10 fold higher neutralizing antibodies titers. Finally, bile salts could be promising adjuvants for plasmid DNA vaccines.

La transmission mère-enfant (TME) est un modèle naturel permettant d’explorer le rôle des anticorps neutralisants dans la protection vis-à-vis de l’infection par le VIH-1 ainsi que les caractéristiques des virus transmis aux enfants malgré la présence d’anticorps maternels. Au cours de mes travaux, nous avons confirmé l’importance de la région V2 de la glycoprotéine de surface (gp120) du VIH-1 dans la résistance du virus à la neutralisation. L’analyse des propriétés de variants transmis à l’enfant et de variants maternels a mis en évidence une grande hétérogénéité de leurs propriétés biologiques sans pour autant identifier de propriétés spécifiques conférant un avantage sélectif aux virus transmis. Cependant, nous avons montré que les virus transmis étaient plus sensibles à la neutralisation par deux anticorps monoclonaux humains largement neutralisants récemment identifiés, PG9 et PG16, une observation qui pourrait avoir des applications intéressantes en termes de prévention de la TME ou de développement vaccinal. Enfin, nous avons identifié deux résidus très conservés de la gp120 impliqués dans la sensibilité à la neutralisation par PG9 et/ou PG16. / Mother-to-child transmission (MTCT) provides a natural model for studying the role of neutralizing antibodies in preventing HIV-1 infection, and the characteristics of the virus transmitted to the infants despite the presence of maternal antibodies. During my thesis works, we confirmed that the V2 domain of the surface envelope glycoprotein (gp120) of HIV-1 plays a major role in resistance to neutralization. The analysis of properties of variants transmitted to infant and maternal variants showed a wide spectrum of their biological properties, but we did not identify any specific property conferring a selective advantage for transmission of the virus to the infant. Nevertheless, we showed that the transmitted variants were more sensitive to neutralization by the two recently described broadly neutralizing monoclonal antibodies PG9 and PG16. This observation should have interesting applications in terms of prevention of MTCT or vaccine development. Finally, we identified two gp120 cross-clade conserved residues involved in neutralization sensitivity to PG9 and/or PG16.

Ce travail a confirmé le rôle protecteur de certains anticorps neutralisants dans la TME du VIH-1, a permis de suggérer que certaines souches seraient de bons indicateurs d’anticorps neutralisants associés à la protection, et a confirmé le rôle de la région V2 de l’enveloppe virale en tant que cible des anticorps neutralisants. Les caractéristiques moléculaires des virus transmis dans le contexte de la TME confortent les données en faveur de la transmission à l’enfant d’une population virale restreinte génétiquement. Une gp 120 plus compacte et une moindre glycosylation ne sont pas des caractéristiques des virus transmis de la mère à l’enfant. Cependant, deux sites de N-glycosylation semblent être sélectionnés chez les virus transmis. L’identification de deux cas de TME liés à des variants issus de recombinaisons entre variants maternels a confirmé la présence d’un « hot spot » dans la région C2 du gène env, et a révélé pour la première fois un second « hot spot » dans la région C3. / A lower risk of MTCT was associated with higher NAb titers against the CRF01_AE strain, MBA, in Thailand. The results suggest that some primary isolates may be useful indicators for identifying protective antibodies, and confirm the role of the V2 region in neutralization. We found that only viruses of a restricted subset were transmitted to the infant. We did not find that shorter gp120 or fewer PNGS were characteristics of viruses transmitted from mother to infant. However, a limited number of PNGS, particularly at positions N301 and N384, may confer an advantage on the virus to be transmitted. Moreover, we identified two cases that suggest that recombination probably contributed to adaptation of HIV-1 to its environment to be successfully transmitted from mothers to their infants. In addition, our data allow both to confirm, in natural in vivo conditions, a hot spot for recombination in the C2 region of HIV-1 envelope gene, and to suggest another hot spot in the C3 region.

Les cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDC) sont infectées par le VIH-1 et la diminution de leur nombre dans la circulation sanguine est corrélée avec la virémie des patients. Au cours de mes travaux de thèse, nous avons montré que les anticorps neutralisants (AcN) spécifiques du VIH-1 inhibent l’infection des pDC par des isolats primaires de VIH-1. Contrairement aux mDC, le mécanisme d’inhibition de l’infection des pDC est indépendant du RFcγII présent à leur surface. En parallèle, nos résultats indiquent que les pDC produisent de l’interféron-α et d’autres cytokines et chimiokines en réponse au VIH-1, même lorsque l’infection des cellules est inhibée par les AcN. Enfin, nous avons observé l’inhibition du transfert en cis et en trans du VIH-1 des pDC aux lymphocytes T CD4 par les AcN.Dans un contexte d’induction d’AcN par vaccination, l’inhibition de la réplication du VIH-1 dans les pDC associé au maintien de la sécrétion de cytokines pro-inflammatoire par ces cellules pourrait favoriser l’élimination du virus et ralentir sa dissémination dans l’organisme. / Plasmacytoid dendritic cells (pDC) are able to replicate HIV-1, and the decrease of pDC number in blood is correlated with HIV-1 viremia in patients. During my thesis, we showed that HIV-1-specific neutralizing antibodies (NAb) inhibited the infection of pDC by HIV-1primary isolates. Unlike mDC, the mechanism of inhibition of pDC infection was independent of FcγRII expressed on these cells. In parallel, our results indicated that pDC produce interferon-α and other cytokines and chemokines in response to HIV-1, even when HIV-1 infection of these cells was inhibited by NAb. Finally, we showed that NAb were able to inhibit HIV-1 transfer in cis and trans from pDC to CD4 T cells.In the context of antibodies induction by vaccination, the inhibition of HIV-1 replication in pDC associated with the maintenance of pro-inflammatory cytokines released by these cells may help to eliminate the virus and impede its dissemination in the body.

Lors de la primo-infection, la plupart des patients infectés par le VIH-1 développent des anticorps neutralisants autologues dirigés contre la glycoprotéine d’enveloppe virale. Ces anticorps exercent une pression de sélection conduisant à l’apparition de variants d’échappement. Nous avons montré que cette pression de sélection se répercute à l’échelle populationnelle, le VIH-1 en tant qu’espèce s’étant adapté au cours de l’épidémie à la réponse immunitaire de la population humaine en devenant de moins en moins sensible aux anticorps neutralisants. Cette adaptation du VIH‐1 a un impact sur les propriétés fonctionnelles de l’enveloppe. Nous avons ainsi observé une augmentation de l’infectivité associée à une augmentation de la cinétique d’entrée des virus qui circulent actuellement. Les virus contemporains montrent également une plus grande résistance à l’enfuvirtide, un inhibiteur de fusion, associée à une meilleure utilisation du co-récepteur CCR5 ainsi qu’une résistance accrue à l’inhibiteur du CD4 M48U1. L’ensemble de nos résultats est en faveur d’une adaptation progressive de l’espèce virale du VIH-1 à son hôte au cours de l’épidémie. / Most of HIV-1 infected patients develop autologous neutralizing antibodies against the viral envelope glycoprotein during primary infection. These antibodies exert a selective pressure that leads to the selection of escape variants. We showed that HIV-1 evolved at the population level towards an enhanced resistance to antibody neutralization over the course of the epidemic, subsequently to the selective pressure exerted by the individual autologous neutralizing antibodies responses. This antigenic drift has an impact on the functional properties of the viral envelope. We showed an increasing infectivity associated with an increasing entry kinetic of the most recently transmitted viruses. The contemporary viruses are also more resistant to the inhibitor of fusion enfuvirtide, related to a better use of the CCR5 co-receptor as well as a progressive increasing resistance to the CD4 inhibitor M48U1. Together our results are in favor of a progressive adaptation of HIV-1 species to humans over the course of the epidemic.

Le VIH est la cause de la pandémie de SIDA depuis les années 1980. Avec plus d’un million de nouvelles infections chaque année, un vaccin prophylactique est indispensable pour bloquer de façon définitive la propagation du virus. Parmi les stratégies vaccinales, l’induction d’anticorps neutralisants à large spectre est une des plus prometteuses, car ceux-ci pourraient protéger contre l’infection par la grande diversité génétique des souches de VIH circulantes dans le monde. A ce jour, aucun immunogène n’a permis l’induction de tels anticorps, mais ils ont été isolés à partir de personnes infectées par le VIH. En effet, une faible fraction d’individus infectés développe des anticorps neutralisants à large spectre qui ciblent des régions vulnérables et conservées de la glycoprotéine d’enveloppe. La région du patch riche en mannose, centrée autour du glycane en position N332 de la gp120, est la plus fréquemment ciblée, et est à cet égard attractive d’un point de vue vaccinal.Afin de mieux comprendre comment se développent les anticorps ciblant le patch riche en mannose, nous avons étudié un donneur sélectionné de la cohorte du Protocole C de l’International AIDS Vaccine Initiative, et ayant une activité neutralisante sérique exceptionnelle. Nous avons isolé, à partir des cellules sanguines de cet individu, deux lignées d’anticorps ciblant la région N332, que nous avons caractérisées pour leur activité neutralisante et dont nous avons cartographié l’épitope. Nous avons également cartographié le paratope d’une lignée d’anticorps issue d’un autre donneur du Protocole C ciblant également la région N332. Nos résultats font apparaître la diversité de solutions adoptées pour atteindre une neutralisation à large spectre contre cette région. Les études de lignées, telles que nous l’avons entrepris, permettent d’appréhender comment la coévolution anticorps-virus conduit à la sélection d’anticorps neutralisants à large spectre. Le but ultime est d’utiliser les connaissances ainsi générées, pour mettre au point des immunogènes et des protocoles d’immunisations, visant à induire des lignées d’anticorps spécifiques et à conduire leur évolution vers la neutralisation à large spectre. / HIV has been the cause of the AIDS pandemic since the 1980s. With over a million new infections each year, a prophylactic vaccine is needed to stop the virus spread. Among vaccine strategies, the induction of broadly neutralizing antibodies is one of the most promising, as they could protect against infection by the huge genetic diversity of circulating HIV strains. To date, no immunogen has induced such antibodies, but they have been isolated from HIV infected people. Indeed, a small fraction of infected individuals eventually develops broadly neutralizing antibodies that target vulnerable and conserved sites of the envelope glycoprotein. The region of the high-mannose patch, centred around a glycan at position N332 of gp120, is the most frequently targeted, and is therefore attractive from a vaccination standpoint.In order to better understand how antibodies targeting the high-mannose patch develop, we studied a donor selected from the International AIDS Vaccine Initiative Protocol C cohort with exceptional serum neutralizing activity. We isolated two antibody lineages targeting the N332 region from this individual's blood cells, which we characterized for their neutralizing activity and mapped their epitope. We also mapped the paratope of an antibody lineage from another Protocol C donor, also targeting the N332 region. Our results show the great diversity of solutions to achieve broad neutralization against this region. Lineage studies, as we have undertaken, provide an understanding of how antibody-virus coevolution leads to the selection of broadly neutralizing antibodies. The ultimate goal is to use this knowledge to develop immunogens and immunization protocols, to induce specific antibody lineage and drive their evolution towards broad neutralization.

La problématique de la neutralisation par les anticorps constitue un enjeu majeur dans la perspective de la conception d’un vaccin efficace contre le VIH et les connaissances récemment acquises conforte NT l’absolue nécessité de maintenir une recherche cognitive fondamentale sur le sujet. L’un des objectifs de ce travail de thèse a été de documenter les propriétés biologiques en terme de sensibilité à la neutralisation de variants présents chez certains patients asymptomatiques à long terme (ALT) et présentant des caractéristiques particulières. Nous avons pu identifié certains déterminants moléculaires associés à la sensibilité ou à la résistance à l’anticorps monoclonal 2G12 tels le site potentiel de glycosylation (PNGS) en position N302 et la longueur de la boucle V1V2 du gène env. Nous avons ensuite caractérisé la relation entre l’évolution du gène env et la sensibilité à la neutralisation dans un contexte d’évolution tardive chez un patient ALT. Ces travaux ont permis de mettre en évidence une poursuite de l’évolution du gène env plus de 10 ans après l’infection et ceci malgré la présence d’anticorps largement neutralisants et d’une réponse autologue croissante au cours du temps. Le contexte de la transmission mère enfant (TME) constitue un modèle de choix afin d’étudier le rôle des anticorps neutralisants. Afin d’identifier d’éventuels corrélats de protection, mon travail a consisté à étudier la réponse neutralisante dans une population de 114 couples mères-enfants. Nous avons pu confirmer que le spectre de neutralisation des sérums maternels n’était pas associé à une moindre TME du VIH-1, mais que les anticorps neutralisant certains isolats pourraient constituer des indicateurs d’intérêt associé à un moindre risque de transmission. L’ensemble de ces travaux souligne à nouveau la complexité et la pertinence à poursuivre les investigations relatives à l’identification d’éventuels corrélats de protection. / Basic research on neutralizing antibodies. still remains relevant in term of HIV vacccine development. One of the aim of this thesis was to document the neutralization sensitivity of particular HIV-1variants from long term non progressor (LTNP) patients. We first identified molecular signatures associated with sensitivity to 2G12, such as a potential N-linked glycosylation site (PNGS) at N302 and a longer V1V2 loop of gp120. We also studied the relationship between long-term evolution of the virus and neutralization sensitivity in a LTNP patient. We showed that HIV-1 may continue to evolve in presence of both broadly neutralizing antibodies and increasing autologous neutralizing activity more than 10 years post-infection. Mother-to-child transmission provides a natural model for studying the role of neutralizing antibodies. In previous studies, we showed that the presence or high titers of neutralizing antibodies against a CRF01_AE strain, MBA, was associated with a lower rate of HIV-1 intrapartum transmission in Thailand (Barin et al., 2006; Samleerat et al., 2009). In order to confirm this observation and to identify potential correlates of protection in the MTCT context, we examined the breadth and levels of neutralizing antibodies in 57 transmitting and 57 non-transmitting untreated HIV-1 infected mothers. Our study confirmed that the breadth of maternal neutralizing antibodies was not associated with protection of infants from infection, but that neutralizing antibodies to particular strains might be associated with a lower rate of MTCT of HIV-1.