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Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2004. / Document formatted into pages; contains 237 p. Includes bibliographical references. Abstract available online via OhioLINK's ETD Center; full text release delayed at author's request until 2005 Aug. 13.

Thesis (Ph. D.)--University of Missouri-Columbia, 2006. / Title from title screen of research.pdf file (viewed on December 22, 2006) The entire dissertation/thesis text is included in the research.pdf file; the official abstract appears in the short.pdf file (which also appears in the research.pdf); a non-technical general description, or public abstract, appears in the public.pdf file. Vita. "May 2006" Includes bibliographical references.

Après intégration dans le génome cellulaire de l’hôte, l’expression des rétrovirus dépend d’éléments agissant en cis localisés dans la longue répétition terminale 5’ (LTR5’) et la région leader, de facteurs de transcription cellulaires et viraux agissant en trans ainsi que de l’organisation chromatinienne du provirus intégré. Notre laboratoire a précédemment identifié dans le génome du rétrovirus HIV-1 (Human Immunodeficiency Virus type 1) une région intragénique importante (nt 4079-6026, où nt +1 est le début de U3 dans le LTR5’) composée du fragment 5103, du site hypersensible aux nucléases SH7 et du fragment 5105. Lors de ce travail, nous avons caractérisé physiquement et fonctionnellement différents sites de liaison pour des facteurs de transcription cellulaires localisés dans la région intragénique du virus HIV-1, dont trois sites de liaison pour le facteur inductible AP-1, dans des expériences de retard de migration sur gel et de transfection transitoire. Nous avons montré l’importance de ces trois sites AP-1 pour la réplication virale au niveau transcriptionnel dans des expériences d’infection et d’immunoprécipitation de la chromatine. De plus, nous avons caractérisé l’activité transcriptionnelle associée à la région intragénique du virus HIV-1. D’autre part, la structure nucléosomale du provirus intégré et les modifications épigénétiques associées jouent un rôle crucial pour l’expression des rétrovirus. La répression transcriptionnelle du rétrovirus oncogène BLV (Bovine Leukemia Virus) lui permet d’échapper au système immunitaire de son hôte bovin et favorise ainsi l’apparition de tumeurs. Dans ce contexte, nous avons montré que la méthylation de l’ADN au niveau du promoteur viral permet le maintient de la latence transcriptionnelle. En effet, la méthylation des dinucleotides CpGs localisés dans le LTR5‘ empêche le recrutement in vivo des facteurs de transcription activateurs CREB/CREM/ATF. Nous avons également montré que l’activation transcriptionnelle de l’expression du BLV par la combinaison PMA/ionomycine s’accompagne d’un remodelage chromatinien rapide mais transitoire au niveau du promoteur viral par des expériences de marquage indirect des extrémités et d’immunoprécipitation de chromatine. Nous avons ensuite démontré l’importance du site de liaison pour le facteur de transcription PU.1 et de la E-box 4 qui lie USF-1/-2, tous deux localisés dans la région dont l’accessibilité aux nucléases s’accroît après traitement des cellules, pour l’activation transcriptionnelle de l’expression virale par cette combinaison d’inducteurs. En conclusion, notre travail devrait permettre une meilleure compréhension des mécanismes transcriptionnels et épigénétiques régulant l’expression des rétrovirus HIV-1 et BLV. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Étude de la régulation transcriptionnelle du virus de la leucémie bovine :rôle des facteurs de transcription Sp1/Sp3 et de la méthylation de l’ADN / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le virus de la leucémie bovine (BLV) est un rétrovirus complexe B-lymphotrope, identifié comme l'agent étiologique de la leucose bovine enzootique, une maladie lymphoproliférative qui affecte le bétail. L'infection par le BLV se caractérise par l'absence de virémie due à la latence du virus dans la majorité des cellules infectées. Cette latence résulte de la répression transcriptionnelle de l'expression virale in vivo et favorise très probablement le développement tumoral en permettant aux cellules infectées d'échapper à la réponse immunitaire développée par l'hôte infecté. Dès lors, une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires régulant la latence du virus BLV ainsi que sa réactivation devrait permettre d'envisager de nouvelles stratégies afin de contrer le processus de transformation cellulaire développé par cet oncovirus.<p><p>Notre laboratoire a précédemment mis en évidence le rôle de l’acétylation des histones dans la régulation transcriptionnelle du BLV. Au cours de ce travail, nous avons poursuivi l’étude du contrôle épigénétique de l’expression génique du BLV en nous focalisant sur une autre modification épigénétique généralement associée à la répression des gènes :la méthylation de l’ADN. Nous avons montré une activation transcriptionnelle du promoteur BLV par différents inhibiteurs de la méthylation de l’ADN. Nous avons également mis en évidence, grâce à la technique du séquençage au bisulfite de sodium, que l’hyperméthylation des régions U3 et R du LTR5’ d’un provirus intégré est associée à un état de latence vraie dans une lignée cellulaire dérivée d’un lymphome (La lignée L267) mais pas à un état de latence dite défective (la lignée YR2). La surexpression des méthyltransférases de l’ADN (DNMTs) DNMT1 et 3A mais pas DNMT3B répriment l’activité du promoteur BLV. Plus encore, les inhibiteurs de DNMTs augmentent de manière synergique l’activation transcriptionnelle du promoteur BLV par la protéine transactivatrice TaxBLV, et ce, de manière dépendante des sites CRE. Au niveau mécanistique, la méthylation des dinucléotides CpG situés aux positions -154 et -129 (situés dans les sites CRE1 et CRE2, respectivement) par rapport au site d’initiation de la transcription (nucléotide +1) abolit in vitro la liaison des facteurs de transcription CREB/CREM/ATF aux sites de liaison CRE1 et CRE2. De manière intéressante, la méthylation spécifique du site CpG -129 est suffisante pour induire une forte répression de l’expression d’un gène rapporteur contrôlé par le promoteur BLV, ce qui suggère que la méthylation d’un site spécifique du promoteur BLV peut réprimer la transcription virale par inhibition directe de la liaison de facteurs de transcription à leur site de reconnaissance et, dès lors, que la méthylation de l’ADN contribue à la latence virale permettant au virus d’échapper au système immunitaire. <p><p>Notre laboratoire a précédemment déterminé la structure chromatinienne du promoteur du BLV et a mis en évidence la présence de deux sites hypersensibles au sein du LTR5’, inductibles par une combinaison de PMA+ionomycine. Au cours de la seconde partie de notre thèse, nous avons étudié la structure chromatinienne de la région située entre les deux LTRs au sein de provirus intégré dans différentes lignées cellulaires chroniquement infectées, grâce à la technique de l’indirect-end-labelling. Nous avons mis en évidence, dans le génome du provirus intégré dans la lignée cellulaire YR2, trois sites hypersensibles situés respectivement en aval du gène env (SH3) et en amont du LTR3’ (SH4 et SH5). La présence de ces sites est probablement due à l’altération locale de la structure nucléosomale dans ces régions. Nous avons observé qu’un remodelage de la structure chromatinienne de la région hypersensible SH3 dans la lignée YR2 se produit durant l’activation de l’expression génique par un inhibiteur d’histone-désacétylases, la TSA. Nous avons également étudié la structure de la région hypersensible SH3 d’un provirus intégré dans une lignée cellulaire productrice de virions, la lignée NBC-13. L’extension de la région SH3 est similaire à celle observée dans les cellules YR2 en conditions induites par la TSA. Ces résultats suggèrent une transition structurale de la chromatine associée à l’activation de l’expression des gènes viraux. Néanmoins, cette région possède les caractéristiques d’un silencer transcriptionnel lorsqu’il est cloné dans un vecteur rapporteur. <p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Couverture)Les rétrovirus sont des virus enveloppés à ARN simple brin omniprésents dans le monde animal et sources de nombreuses pathologies. Les rétrovirus de vertébrés comprennent sept genres dont les gamma et deltarétrovirus qui sont l’objet de ces travaux. Les rétrovirus dits endogènes (ERV), par opposition à leurs homologues infectieux exogènes, sont présents dans les cellules germinales et font partie intégrante du patrimoine génétique, avec transmission mendélienne. Au cours de l'évolution, les ERV ont fait l'objet de mutations, rendant défectives la plupart des copies dans les génomes de vertébrés, avec quelques exceptions notoires. De fait, certaines copies maintiennent de larges cadres de lecture suite à une pression de sélection positive.Rétrovirus exogènes et ERV partagent une organisation génétique similaire. Leurs glycoprotéines d’enveloppe (Env), dont une des propriétés est de lier un récepteur cellulaire, comprennent une composante de surface (SU) associée à une partie transmembranaire (TM). La SU des Env γ et -rétrovirales porte un module RBD (Receptor-Binding Domain) qui lie un récepteur appartenant à la famille SLC (Solute Carriers) des transporteurs de nutriments. Les SLC présents à la surface cellulaire conditionnent le métabolisme des cellules. Afin de pallier l'absence d'anticorps fiables reconnaissant les parties extracellulaires (exofaciales) des SLC, le laboratoire a dérivé des RBD solubles comme ligands des SLC, permettant de suivre leur expression à la surface cellulaire et ainsi, évaluer le métabolisme cellulaire.Parmi les ERV, certaines env partiellement ou entièrement conservées jouent un rôle physiologique essentiel dans les organismes qui les portent. Une hypothèse de mon laboratoire d’accueil est l’existence de RBD endogènes de mammifères capables de moduler le métabolisme cellulaire de leurs hôtes. Dans ce contexte, mes travaux sont articulés autour de deux axes : (i) identifier et produire de nouveaux RBD dérivés des ERV et (ii) identifier de nouveaux transporteurs de type SLC reconnus par des RBD issus de rétrovirus exogènes et ERV de mammifères. Nous avons identifié et caractérisé deux nouveaux RBD humains endogènes (HERV-41 et HERV-89), entrés et conservés chez les primates de l’Ancien Monde il y a environ 35 millions d’années. Nous avons caractérisé leurs séquences PBS (Primer Binding Site), amorces putatives de la réplication rétrovirale, comme étant complémentaires de l’ARNtLeu ou ARNtArg pour HERV-89, et de l'ARNtGlu pour HERV-41. Les séquences env les plus proches dans le génome humain présentent respectivement 38% et 69% d'identité, indiquant l'appartenance de HERV-89 à deux nouvelles familles d'Env. Nous avons pu produire le RBD soluble de HERV-89, montrer que son récepteur est distinct de l'Env HERV ayant la séquence la plus homologue, et étudier sa distribution tissulaire. Le RBD HERV-89 lie un récepteur sur de nombreuses cellules souches et lignées cellulaires établies et nous avons montré par immunohistochimie que le récepteur est exprimé de manière différentielle dans les tissus humains sains et tumoraux. Parallèlement, nous avons dérivé une banque d'expression de 170 SLC que nous avons utilisée pour le criblage à haut-débit de récepteurs des Env gamma et deltarétrovirales. Cette banque nous a permis d'identifier le récepteur, longtemps recherché, de l’Env du virus de la leucémie bovine (BLV). De plus, en utilisant la transfection d'une banque d’expression d’ADNc dans des cellules de hamster, nous avons aussi identifié le récepteur du virus endogène félin ERV-DC14/FeLV-D comme étant le transporteur de cuivre et de cisplatine CTR1/SLC31A1.L’identification du récepteur de BLV pourrait notamment aider dans la lutte contre la transmission du virus et les pathologies associées qui affectent environ 5% du bétail infecté. De plus, les BLV-RBD et DC14-RBD constituent respectivement de nouveaux marqueurs et modulateurs potentiels du métabolisme, dont celui du cuivre / Retroviruses are enveloped, single-stranded RNA viruses, that are omnipresent in animals and the causal agents of a large array of pathologies. Vertebrate retroviruses are divided into seven genera, including the γ and -retroviral groups, which we study particularly. Endogenous retroviruses (ERV), as opposed to exogenous infectious viruses, are present in germline cells and as such are bona fide components of the host genome, with Mendelian transmission. Most ERV have been inactivated by purifying mutations during evolution, although a few copies have been subjected to positive selection pressure with conserved open reading frames (ORFs).Exogenous viruses and ERV that belong to gamma and deltaretroviruses share similar genetic organization and their envelope glycoproteins (Env) comprises a transmembrane (TM) and a surface (SU) component, which binds a specific receptor on the host cell membrane. The SU contains a receptor-binding domain (RBD), responsible for receptor recognition, while TM engages membrane fusion and harbors an immunosuppressive domain. Noticeably, some ERVs have maintained entire or partial ORFs in env, which have been shown, in certain cases, to have essential physiological functions.Another common feature of gamma and deltaretroviral Env is the nature of their receptors, which, when identified, all belong to the solute carrier family of nutrient transporters (SLCs). The laboratory derived soluble RBDs from complete Env that can bind cognate receptors and be used to monitor SLC receptor expression at the cell surface. This important property of RBDs overcomes the notorious lack of reliable anti-SLC exofacial antibodies and provides a new way to evaluate, or even modulate, cell metabolism.Our laboratory postulates that some endogenous RBD-coding genes have been positively selected in their hosts for properties linked to binding SLCs and modulating host cell metabolism. In this context, the aim of my work was to: (i) search for new natural endogenous RBDs and (ii) characterize SLC transporters recognized by RBDs derived from ERVs or exogenous infectious mammalian retroviruses.Here, we describe the identification of two novel human endogenous RBDs (HERV-41 and HERV-89), which each harbor a significant ORF. We estimated that both RBDs have been introduced into Old World primate genomes 35 MYA ago, after the separation with New World monkeys. HERV-89 and HERV-41 are included within retroviral elements that comprise potential primer binding sites (PBS) complementary to tRNALeu or tRNAArg, for HERV-89, and tRNAGlu, for HERV-41. The envs of HERV-89 and HERV-41 do not share more than 38% and 69% amino acid identity with the closest known HERVs, respectively, which indicates that they belong to two new Env families. We derived a soluble HERV-89 RBD and monitored its receptor cell and tissue distribution. Using the ligand by flow cytometry, we observed that a HERV-89 receptor is expressed in a large panel of established cell lines and stem cells. Immunohistochemistry on 94 healthy and tumor human tissue samples showed that HERV-89 receptor is largely distributed, with distinct expression patterns in healthy and tumor tissues. In parallel, we derived a 170 gene-containing SLC expression library for high throughput screening of SLC/ligand interactions. Using this partial human SLC library, we identified the long-sought receptor for bovine leukemia virus (BLV). Moreover, transfection of a cDNA library expression into hamster cells, led us to identify CTR1/SLC31A1, the copper and cisplatin transporter, as the receptor for the feline ERV-DC14/FeLV-D.As a ligand for the BLV receptor, BLV-RBD may be used to help controlling BLV transmission and prevent associated pathologies that affect 5% of infected cattle. Also, BLV-RBD and DC14-RBD can now be used as metabolic markers and modulators of their SLC cognate receptors, including copper metabolism, in the case of DC14-RBD.

Parmi les rétrovirus tumorigènes, les rétrovirus appelés « complexes » dont font partie HTLV-1 chez l’homme et BLV chez le mouton, sont responsables de leucémies lymphoïdes chroniques caractérisées par des pathogenèses similaires. Bien que la contribution essentielle de la protéine Tax dans la leucémogenèse soit bien établie pour ces deux virus, il existe toujours une contreverse quant à l’expression des protéines virales -dont l’oncoprotéine Tax- dans les cellules transformées. Dans le cas de HTLV-1 et BLV, le virus est latent. Une hypothèse attrayante suggère que l’extinction complète du provirus accompagnée du blocage transcriptionnel de l’expression de Tax dans la cellule leucémique serait un élément indispensable au développement de la tumeur en réduisant son immunogénicité. Le silencing viral permettrait à la cellule infectée d’échapper à la reconnaissance par le système immunitaire de l’hôte. <p>Dans la première partie de notre travail, nous avons pu montrer, grâce à l’observation et le suivi de deux moutons infectés par BLV, que l’extinction virale était associée au développement tumoral. Alors que la phase asymptomatique est caractérisée par l’existence de différents clones cellulaires infectés et exprimant le virus, la phase tumorale est caractérisée par l’existence d’un seul clone cellulaire dans lequel l’expression virale est éteinte. Dans le cas du mouton S2531, nous avons mis en évidence que le silencing observé dans la phase tumorale est d’origine génétique. L’extinction de l’expression virale et la domination du clone muté au niveau de la protéine Tax (K303) sont associées à l’émergence de la leucémie et constituent une caractéristique de la phase tumorale. Le deuxième mouton étudié, S267, est caractérisé par la présence de cellules infectées non transformées et transformées au même moment. Par ailleurs, le mouton S267 est caractérisé par une absence de mutations ou délétions au niveau du provirus intégré dans les cellules tumorales. Dans la deuxième partie de notre travail, nous avons pu, grâce à l’établissement de la lignée L267 dans laquelle le silencing viral n’est pas lié à une défection dans la structure génomique du provirus, élucider les mécanismes épigénétiques responsables du silencing. Nous montrons que ce provirus silencieux peut être réactivé in vitro 1) lorsque la protéine Tax sauvage est introduite par transfert rétroviral, 2) après traitement des cellules par la trichostatine A (TSA), un inhibiteur des histones désacétylases, 3) par traitement des cellules à la 5’azacytidine, un agent inhibiteur de DNA méthyltransférases. La réactivation du provirus silencieux lui confère la capacité d’infecter des moutons sains, suggérant que le provirus est complet et exempt de mutation qui pourrait altérer son fonctionnement. Les complexes de désacétylation des histones msin3A et HDAC-1 jouent un rôle important dans l’établissement du silencing viral via la condensation de la chromatine, et ce changement de la structure chromatinienne est lié a un ensemble de modifications ciblant les acides aminés des queues N-terminales des histones H3 et H4 établissant ainsi un code histone pour l’extinction et l’expression du provirus. Enfin, l’étude comparative des profils d’expression génique de cellules B tumorales dans lesquelles le provirus BLV est soit silencieux, soit ré-activé suite à l’expression exogène de Tax a montré que les mécanismes épigénétiques de silencing se superposent même dans le modèle génétique de silencing. De plus le rétablissement de l’expression virale par Tax est associé à une élimination des complexes de désacétylation des histones au niveau du promoteur viral.<p>Nos résultats ouvrent le champ vers l’utilisation de modèle de leucémie ovine dans des essais thérapeutiques basés sur la combinaison du traitement par des inhibiteurs des HDACs et des DNMTs et une immunothérapie ciblant des antigènes tumoraux d’origine virale ou cellulaire. De telles expériences in vivo constitueront un modèle utile pour le traitement l’ATLL et de pathologies prolifératives touchant les cellules B chez l’homme.<p><p> / Doctorat en sciences biomédicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le virus de la leucémie bovine (BLV) est un rétrovirus B-lymphotrope qui a été identifié comme l’agent étiologique de la leucose bovine enzootique. L’infection par le BLV se caractérise par l’absence de virémie due à la latence du virus dans la majorité des cellules infectées. Cette latence résulte de la répression transcriptionnelle du provirus in vivo; elle favorise très probablement le développement tumoral en permettant aux cellules infectées d’échapper au système immunitaire de l’hôte. Cependant, la transcription du BLV peut être activée de manière rapide et très efficace par la protéine virale TaxBLV. La trans-activation par TaxBLV joue un rôle crucial dans la pathogenèse associée au BLV car elle permet la production de nouvelles particules virales nécessaires à la propagation du virus. Au cours de notre travail de thèse, nous avons étudié différents mécanismes impliqués au cours de ces deux phases clés (latence et trans-activation par TaxBLV) de l’expression du BLV.<p><p>Le promoteur unique de la transcription du BLV se situe à l’extrémité 5’ du génome proviral, dans la longue répétition terminale 5’ (LTR 5’) composée des régions U3, R et U5. Les mécanismes impliqués dans la trans-activation du LTR 5’ par TaxBLV sont encore mal connus. La trans-activation du LTR 5’ du BLV par TaxBLV requiert la présence de trois répétitions imparfaites de 21pb (TxREs pour Tax Responsive Elements) agissant en cis et situées dans la région U3. Chacune des TxREs possède dans sa partie centrale un motif imparfait de 8 nucléotides correspondant au site de liaison des protéines de la famille CREB/ATF (sites CREs pour cAMP-Responsive Element). Des expériences de retard de migration sur gel ont montré que les protéines CREB, ATF-1 et ATF-2 lient les CREs viraux in vitro. Comme TaxBLV ne semble pas capable de lier directement l’ADN du LTR, il a été suggéré que les facteurs CREB/ATF serviraient de médiateurs de la trans-activation par TaxBLV. De plus, il a également été suggéré au cours de ces dernières années que les facteurs de transcription CREB/ATF jouent aussi un rôle essentiel en l’absence de TaxBLV lors de l’initiation de la transcription virale.<p><p>CREB/ATF sont connus pour recruter les co-activateurs CBP/p300 qui possèdent une activité histone-acétyltransférase, suggérant qu’à l’instar d’autres rétrovirus tels que HIV-I ou HTLV-I, l’acétylation protéique pourrait jouer un rôle important dans la régulation de la transcription du BLV. Au cours de la première partie de ce travail, nous avons mis en évidence un synergisme transcriptionnel entre TaxBLV et les inhibiteurs de désacétylases TSA et NaBut, indiquant que l’acétylation protéique joue un rôle important dans la trans-activation par TaxBLV. Nous avons ensuite montré que ni TaxBLV, ni son médiateur CREB ne sont acétylés in vivo au niveau d’un résidu lysine interne, mais que la TSA synergise avec TaxBLV via un mécanisme indirect, sensible à l’inhibition de la synthèse protéique. Fonctionnellement, CREB/ATF semblent jouer un rôle crucial dans le synergisme TaxBLV/TSA car la mutation des CREs viraux ou la sur-expression d’un dominant négatif CREB inhibent ce synergisme. Des expériences de gel retard et de ChIP ont démontré, in vitro et in vivo, que les inhibiteurs de désacétylases augmentent la liaison des facteurs CREB/ATF aux TxREs. Nos résultats suggèrent donc que le synergisme TaxBLV/TSA serait dû à une augmentation de la trans-activation par TaxBLV observée suite à l’augmentation, induite par la TSA, du recrutement de CREB/ATF au niveau des TxREs.<p><p>CREB/ATF appartiennent à la famille des facteurs de transcription CREB/CREM/ATF agissant au niveau des promoteurs contenant des éléments CREs. Cependant, la liaison de CREM aux CREs imparfaits du LTR du BLV n’a jamais été étudiée. Dans la seconde partie de ce travail, nous avons montré que des isoformes du gène CREM sont exprimées dans des PBMCs isolés à partir d’un mouton infecté par le BLV et que ces protéines CREM sont capables de lier in vitro et in vivo le promoteur du BLV, via les motifs CREs présents au centre de chacune des TxREs. Des analyses fonctionnelles ont ensuite montré qu’en l’absence de TaxBLV, la surexpression de l’isoforme activatrice CREMt induit la transcription dirigée par le LTR 5’ du BLV. Les résultats que nous avons obtenus suggèrent que CREMt serait capable d’activer la transcription du BLV en réponse à l’activation des cellules B infectées, via la phosphorylation de la sérine 117 de CREMt et via le recrutement par CREMt des co-activateurs CBP/p300. CREMt serait donc impliqué dans les stades précoces de l’initiation de la transcription du BLV. Cependant, nous avons montré que CREMt n’est pas impliqué dans les stades tardifs de l’expression virale puisqu’il ne semble pas capable d’induire la trans-activation par TaxBLV. Au contraire, nous avons montré par des expériences de compétition que CREMt diminue la trans-activation par TaxBLV lorsque celle-ci est induite par CREB, probablement en entrant en compétition avec CREB pour la liaison au niveau des TxREs.<p><p>L’expression du gène CREM est régulée transcriptionnellement et post-transcriptionnellement et mène à la production de différentes isoformes capables d’agir comme des activateurs ou des répresseurs de la transcription. Des expériences de RT-PCR nous ont permis de mettre en évidence la présence d’isoformes répressives ICER dans les cellules YR2 infectées par le BLV. Par des expériences de transfection transitoire, nous avons montré qu’ICER est capable de réprimer la trans-activation par TaxBLV, suggérant qu’ICER retarderait la trans-activation par TaxBLV afin d’échapper au système immunitaire de l’hôte infecté jusqu’à ce qu’un niveau suffisant du trans-activateur TaxBLV soit produit.<p><p> / Doctorat en sciences, Spécialisation chimie / info:eu-repo/semantics/nonPublished