Vaccinia virus (VACV) is a large double-stranded DNA virus with a cytoplasmic site of replication. It has a complex life cycle that produces two distinct infectious virion forms, Intracellular Mature Virions (IMVs) and Extracellular Enveloped Virions (EEVs). The host cell microtubule trafficking machinery is hijacked by the virus at three distinct positions of the viral life cycle. After virus entry, the virus cores are transported to pre-nuclear sites where they form viral factories that ultimately produce fully functional and infectious IMVs. A small proportion of IMVs are further transported to sites of wrapping, where they are enveloped by a host-derived double membrane to form Intracellular Enveloped Virions (IEVs). The IEVs are then transported to the cell periphery to facilitate efficient viral spread. The viral proteins A36, F12 and E2 together with the kinesin-1 microtubule motor protein are thought to be involved in IEV egress from the site of wrapping to the cell periphery, although the exact mechanism of movement is unclear. Until recently, A36 was the only known protein to interact with the kinesin-1 motor through kinesin light chain (KLC), but F12 has also been shown to interact with KLC through E2. The precise mechanism of how the IEV interacts with and activates the kinesin-1 motor protein is unclear, and this study explores the interactions of IEV proteins with KLCs in detail, mapping interactions between KLC and A36 or F12/E2. A36, F12 and E2 also show no sequence or predicted structural homology to any other known proteins, and structural studies were performed in an attempt solve their 3D structure. The CRISPR-Cas9 targeted genome editing tool was also utilised to knockout different KLC isoforms in multiple cell lines to assess their contribution to IEV egress as well as cellular trafficking. These studies will provide insight into the mechanisms behind the spatial and temporal control of kinesin motor activity in the cell.

Les thrombocytoses correspondent à une élévation du taux de plaquettes au-delà de 450x109/L et sont soit réactionnelles dans la plupart des cas, soit primitives quand il existe une altération génétique sur la voie de la production plaquettaire. Dans ce dernier cas il est habituel de distinguer les thrombocytoses sporadiques des thrombocytoses familiales, qui partagent néanmoins un mécanisme physiopathologique commun à l’image de la mutation MPLS505N résultant en une activation constitutive du récepteur. En effet les thrombocytémies essentielles (TE), les plus fréquentes, présentent une mutation activatrice dans 85% des cas soit de JAK2, de CALR ou MPL. Les thrombocytoses héréditaires quant à elles peuvent être la conséquence de mutations de MPL, de JAK2 ou de la TPO. Nous avons étudié dans un premier temps la mutation MPLP106L décrite chez une famille saoudienne mais dont le mécanisme physiopathologique aboutissant à la thrombocytose était mal compris. En effet les sujets homozygotes présentent une thrombocytose importante et de manière paradoxale un taux de TPO élevé. Nous avons pu montrer qu’il s’agit d’un récepteur fonctionnel sans autonomie de croissance mais qu’il existe un défaut de trafic cellulaire, MPL restant bloqué dans le réticulum endoplasmique et étant adressé faiblement à la membrane. Néanmoins l’expression membranaire de MPL est moins diminuée à la surface des cellules immatures par rapport aux cellules matures expliquant un découplage entre la fonction de prolifération (mégacaryocytes) et de clearance de la TPO (plaquettes). Nous avons également étudié les TE triples négatives pouvant correspondre potentiellement à des mutations de MPL liées à un défaut de trafic cellulaire comme pour MPLP106L. Grâce à un séquençage à haut débit de l’exome entier, nous avons pu mettre en évidence de nouvelles mutations récurrentes comme MPLS204P ou Y591N qui sont des mutations faiblement activatrices ne donnant pas de croissance autonome mais n’altérant pas le trafic cellulaire et nécessitant la présence éventuellement d’autres mutations pour déclencher une thrombocytose. / Thrombocytosis is defined as a platelet count exceeding 450x109/L and generally either is a reactive process or is caused by genetic alteration on the way of platelet production. In the latter case sporadic thrombocytosis are usually distinguished from familial thrombocytosis, the boundaries between these two cases becoming less sharp since the mutation first described in familial thrombocytosis (MPLS505N) is also found in sporadic cases. Essential thrombocythemia (ET), the most frequent, sporadic thrombocytosis have an activating mutation in 85% of cases in either JAK2, MPL or CALR genes. Hereditary thrombocytosis may be the result of mutations of MPL, JAK2 or TPO. We studied initially MPLP106L already described in a Saudi family in which the pathophysiologic mechanism leading to thrombocytosis was misunderstood. Indeed homozygous patients exhibit significant thrombocytosis and paradoxically high TPO plasma level. We have shown that MPLP106L is a functional receptor without spontaneous growth but with a trafficking defect and a low cell surface expression. Nevertheless membrane expression of MPL is less reduced on immature cell surface compared to mature cells, explaining an uncoupling between proliferation (megakaryocyte precursors) and TPO clearance (platelets) functions. We also studied triple negative ET, to find potentially MPL mutations linked to a trafficking defect like MPLP106L. Thanks to Whole Exome Sequencing we were able to decipher new MPL mutations as MPLS204P or Y591N, which are weakly activating mutations without autonomous growth and the absence of trafficking defect and requiring the presence of other mutations in most cases to trigger thrombocytosis.

The correct and timely delivery of immune cells is critical for protection against foreign antigen. In order for cells to access most organs, there are requirements that must be met to facilitate exit from the blood into extravasculature. The initial requirement is selectin-selectin ligand interactions that mediate tethering and rolling to allow shear resistance. For proper selectin-selectin ligand interaction, glycoproteins must be modified by fucosyltransferases –IV and –VII, which adds fucose to an acceptor substrate to form the sialyl-LewisX moiety. Using fucosyltransferase –IV and –VII double knockout (FtDKO) mice, we made several novel observations. Our first observation showed increased numbers of naïve T cells in non-lymphoid organs. To support this observation, we blocked chemokine-mediated entry into lymph nodes (LNs) with pertussis toxin and L-selectin mediated entry with anti-CD62L antibody in WT mice. We also treated WT mice with the S1P1 agonist, FTY720, to retain lymphocytes in LNs. Our results suggested that when access to LN is perturbed, lymphocytes accumulate in non-lymphoid organs. Our second observation showed an enrichment of effector/memory T cells in FtDKO LNs. To determine if effector/memory CD8 T cells were retained in LNs, we transferred naïve and memory CD8 T cells into WT mice then treated the recipient mice with anti-CD62L. We found that LN exit rates of naïve and memory CD8 T cells were similar, but slowed as T cell density decreased. To understand if memory CD8 T cells were using selectin ligand independent mechanisms, we transferred naïve and memory CD8 T cells into WT or FtDKO mice. We found reduced numbers of memory CD8 T cells in LNs, however, their frequency was increased. We explored this result by transferring CFSE labeled memory CD8 T cells. We found that memory CD8 T cells divide more in FtDKO mice compared to WT. These experiments suggested that selectin ligand deficiencies cause increased frequency of effector/memory T cells in LNs due to low density and increased emptiness induced proliferation. Taken together, these findings reveal how selectin ligand deficiencies contribute to T cell accumulation in non-lymphoid organs and elucidate mechanisms of retention in LNs.

The correct and timely delivery of immune cells is critical for protection against foreign antigen. In order for cells to access most organs, there are requirements that must be met to facilitate exit from the blood into extravasculature. The initial requirement is selectin-selectin ligand interactions that mediate tethering and rolling to allow shear resistance. For proper selectin-selectin ligand interaction, glycoproteins must be modified by fucosyltransferases –IV and –VII, which adds fucose to an acceptor substrate to form the sialyl-LewisX moiety. Using fucosyltransferase –IV and –VII double knockout (FtDKO) mice, we made several novel observations. Our first observation showed increased numbers of naïve T cells in non-lymphoid organs. To support this observation, we blocked chemokine-mediated entry into lymph nodes (LNs) with pertussis toxin and L-selectin mediated entry with anti-CD62L antibody in WT mice. We also treated WT mice with the S1P1 agonist, FTY720, to retain lymphocytes in LNs. Our results suggested that when access to LN is perturbed, lymphocytes accumulate in non-lymphoid organs. Our second observation showed an enrichment of effector/memory T cells in FtDKO LNs. To determine if effector/memory CD8 T cells were retained in LNs, we transferred naïve and memory CD8 T cells into WT mice then treated the recipient mice with anti-CD62L. We found that LN exit rates of naïve and memory CD8 T cells were similar, but slowed as T cell density decreased. To understand if memory CD8 T cells were using selectin ligand independent mechanisms, we transferred naïve and memory CD8 T cells into WT or FtDKO mice. We found reduced numbers of memory CD8 T cells in LNs, however, their frequency was increased. We explored this result by transferring CFSE labeled memory CD8 T cells. We found that memory CD8 T cells divide more in FtDKO mice compared to WT. These experiments suggested that selectin ligand deficiencies cause increased frequency of effector/memory T cells in LNs due to low density and increased emptiness induced proliferation. Taken together, these findings reveal how selectin ligand deficiencies contribute to T cell accumulation in non-lymphoid organs and elucidate mechanisms of retention in LNs.

La leishmaniose viscérale (LV) est la forme la plus sévère de la leishmaniose humaine. Elle est transmise par la piqûre d'un phlébme. La leishmaniose viscérale est mortelle en l'absence de traitement. Les options thérapeutiques courantes contre la leishmaniose viscérale sont limitées. En région méditerranéenne, la LV est due à Leishmania infantum, zoonose dont le chien est le principal réservoir. A côté de quelques cas d'infection systémique, un nombre important d'humains porteurs asymptomatiques a été mis en evidence. En première partie, nous avons étudié l'intérêt du MultiLocus Microsatellite Genotyping (MLMT) pour l'identification des souches de Leishmania du sud de la France. Par MLMT nous avons étudié la variabilité génétique de différentes souches et recherché une association avec les différentes formes cliniques, la résistance aux médicaments et les phénomènes de rechutes. Nous avons observé une hétérogénéité génétique entre les différentes souches de L. infantum MON-1. Si l'association de certains génotypes avec les différentes expressions cliniques de la leishmaniose n'a pu être démontrée, nous avons par contre observé une répartition préférentielle géographique de certains génotypes. En deuxième partie, nous avons mis au point un protocole expérimental destiné au criblage de nouveaux agents anti-Leishmania infantum ayant pour cible la machinerie cellulaire mise en route par la cellule hôte pour l'élimination du parasite intracellulaire. Nos résultats ont montré que les altérations du système de trafic intracellulaire de la cellule-hôte induites par certains composés étaient corrélées à la mort du parasite et à son élimination. / Visceral leishmaniasis (VL) is the most severe form of Human Leishmaniases, which occurs when protozoan parasites Leishmania donovani or L. infantum, given by phlebotomine sandfly bites. The disease is fatal when untreated. Current treatment options against VL are very limited with few drug molecules, often expensive, not always safe and able to induce resistance phenomenon.In this report, we have characterized on one hand, different genetic variants of Leishmania infantum strains isolated in different geographical areas from southern France and on the other hand have identified new potential anti-Leishmania infantum compounds and characterized their molecular mechanism of action.In the first part, we studied the interest of Multilocus Microsatellite Genotyping (MLMT) for the identification of Leishmania strains from southern France. By genotyping technique MLMT, we studied the genetic variability of different strains and sought an association with different clinical forms of leishmaniasis, resistance to drugs and relapse. We observed genetic heterogeneity among different strains of L. infantum-MON-1. we observed a preferential geographic distribution of certain genotypes.In the second part, we have developed an experimental protocol for the screening of new anti-Leishmania infantum compounds that target the host cell machinery responsible for the intracellular parasite killing, we studied the different steps of endocytic pathways potentially targeted by these compounds. Our results showed that with some compounds, modifications of the intracellular trafficking of the host cell were correlated with parasite death and its elimination.

Une résidence à long terme de lymphocytes T (LTs) au sein de la plupart des tissus non lymphoïdes a été récemment décrite, notamment à la suite d’infections. Ces cellules confèreraient à l’hôte une meilleure protection en cas de réinfection. À l'aide de deux approches expérimentales différentes, l'injection d'anticorps bloquant l’entrée des LTs dans les ganglions lymphatiques (LNs) et la génération de parabioses par chirurgie, nous avons pu mettre en évidence, à l’état basal, la résidence d’une proportion significative des LTs αβ mémoires CD4+, des LTs αβ régulateurs CD4+ et d’une sous-population des LTs γδ dans les organes lymphoïdes secondaires. Les LTs CD4+ régulateurs et mémoires résidents ont en commun de nombreuses caractéristiques phénotypiques et fonctionnelles, et partagent avec leurs homologues issus de tissus non lymphoïdes une signature transcriptionnelle commune de résidence. Les LTs γδ résidents, quant à eux, arborent des caractéristiques phénotypiques et fonctionnelles proches de celles des cellules du système immunitaire inné. Si le microbiote semble jouer un rôle important dans la résidence des LTs αβ CD4+ des plaques de Peyer (PPs), son rôle ne semble pas être prépondérant dans la résidence de ces cellules au sein des LNs. Comme dans de nombreux tissus non lymphoïdes, la sous-expression de S1PR1 pourrait en partie expliquer la résidence des LTs αβ CD4+. Par contre, les LTs γδ seraient, eux, retenus dans les tissus lymphoïdes de par des interactions étroites avec les macrophages. Enfin, la résidence des LTs αβ augmente avec l'âge au point que la majorité des LTs CD4+ régulateurs et mémoires des LNs et des PPs sont en fait résidents chez des souris âgées. Nos résultats montrent que la résidence des cellules T n'est pas seulement une caractéristique des tissus non lymphoïdes mais qu’elle peut être étendue aux organes lymphoïdes secondaires. Le rôle respectif de ces différentes populations de LTs devra être exploré. / In the last decade, numerous data have demonstrated the existence of T cells residing in non-lymphoid tissues, mostly after infectious diseases. These resident memory T cells may represent a first line of defense against pathogens at front-line sites of microbial exposure upon reinfection. Using two different experimental approaches such as the injection of integrin-neutralizing antibodies that inhibits the entry of circulating lymphocytes into lymph nodes and long-term parabiosis experiments, we have highlighted the long-term residence of a substantial proportion of regulatory and memory CD4 αβ T cells and γδ T cells within the secondary lymphoid organs of specific pathogen free mice. Resident γδ T cells display innate-like characteristics. Lymph node-resident regulatory and memory CD4 αβ T cells share many phenotypic and functional characteristics, including a core transcriptional profile, with their cell-counterparts from non-lymphoid tissues. Microbiota plays an important role in αβ T-cell residence in Peyer’s patches but only a small one if any in lymph nodes. Like in many non-lymphoid tissues, S1PR1 down-regulation may account forαβ T-cell residency within secondary lymphoid organs although other mechanisms may account for this especially in the case of lymph node memory CD4 T cells. Specific in vivo cell-depletion strategies have allowed us to demonstrate that macrophages are the main actors involved in the long-term retention of γδ T cells in secondary lymphoid organs. Strikingly, T-cell residence increases with age to the point that the majority of regulatory and memory CD4 αβ T cells from LNs and Peyer’s patches are in fact resident T cells in old mice. Altogether, our results show that T-cell residence is not only a hallmark of non-lymphoid tissues but can be extended to secondary lymphoid organs.

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) constituent la plus grande famille de récepteurs à domaines transmembranaires et sont impliqués dans divers processus biologiques, ce qui en fait une cible privilégiée pour le développement de médicaments. Parmi les protéines qui régulent la signalisation des RCPG, les β-arrestines sont impliquées dans plusieurs fonctions canoniques telles que la désensibilisation, l'internalisation et le trafic des récepteurs. En outre, la β-arrestine accomplit aussi des fonctions non-canoniques en agissant comme un échafaudage pour des complexes de signalisation notamment pour la voie MAPK et ainsi favorise certaines voies de signalisation intracellulaire. La présente thèse visait à explorer des fonctions non-canoniques et de nouveaux mécanismes possibles de régulation de la β-arrestine induite par l'activation des RCPG. Le premier projet visait à mettre en évidence le mécanisme de trafic des protéines G de la membrane plasmique vers les endosomes et le rôle que joue la β-arrestine dans ce processus. Nous avons montré que la sous-unité Gαs se dissocie de la membrane plasmique indépendamment de la β-arrestine après l'activation des récepteurs, alors que le dimère Gβγ nécessite la présence de la β-arrestine. Nous avons également mis en évidence la formation d'un complexe composé du récepteur V2 de la vasopressine, de la β-arrestine et de l'hétérodimère Gβγ et que ce complexe est crucial pour la translocation des protéines G vers les endosomes. Cette étude met en évidence le rôle de la β-arrestine dans le trafic endosomal des protéines G et établit les bases pour expliquer sa contribution dans la médiation de la signalisation soutenue des protéines G dans les endosomes. Le second projet avait pour objectif d'explorer le rôle de l'ubiquitination du récepteur du glucagon (GCGR) sur sa signalisation et les fonctions de la β-arrestine. Nous avons montré que l'état d'ubiquitination de ce récepteur cause un biais de signalisation, car le GCGR déubiquitiné présente une diminution du couplage et de l'activité des protéines G alors que la liaison à la β-arrestine est augmentée. Ceci contribue à l’activation de la voie de signalisation MAPK p38 de manière dépendante de la β-arrestine 1. Nous avons également montré que le biais en faveur de la β-arrestine ne réduit pas la sécrétion d'insuline médiée par le GCGR dans les cellules β pancréatiques. Cette étude suggère que la sécrétion d’insuline dépendante du GCGR implique à la fois une signalisation dépendante des protéines G, mais aussi de la β-arrestine. Le statut d'ubiquitination du GCGR oriente la signalisation du récepteur par différents effecteurs pour réguler la sécrétion d'insuline et l'homéostasie du glucose. Le troisième projet visait à identifier de nouveaux interacteurs des β-arrestines 1/2 et à caractériser le rôle de ces interactions dans le contexte de la signalisation des RCPG. Nous avons identifié plus de 100 nouveaux interacteurs potentiels des β-arrestines 1/2 en utilisant l'approche protéomique BioID. Nous avons confirmé l'interaction de l'enzyme atypique de conjugaison de l'ubiquitine UBE2O avec les β-arrestines. Nous avons également montré que UBE2O module le trafic des β-arrestines entre la membrane plasmique et les endosomes. Cette étude ouvre de nouvelles voies pour explorer des fonctions potentielles des β-arrestines médiées par leurs liaisons à des interacteurs jusqu'alors non identifiés. Les résultats compilés dans cette thèse permettent de dresser un tableau plus étendu des mécanismes régulant les fonctions de la β-arrestine ainsi que de nouveaux rôles potentiels que cette protéine joue dans la signalisation des RCPG. La caractérisation des fonctions non-canoniques et des mécanismes de régulation de la β-arrestine est une avenue prometteuse qui pourrait mener au développement de thérapies ciblant les RCPG. / G protein-coupled receptors (GPCRs) are the largest family of transmembrane receptors and are involved in various biological processes, making them an interesting target for drug discovery. GPCR signaling is regulated by various proteins, including the β-arrestin family that mediate various canonical functions such as receptor desensitization, internalization, and trafficking. β-arrestin also fulfills certain non-canonical roles and has been shown to trigger intracellular signaling by acting as a scaffold for signaling complexes such as for the MAPK pathway. The present thesis aimed to explore non-canonical functions and possible novel mechanism of regulation of β-arrestin following GPCR activation. The objective of the first project was to uncover G protein trafficking mechanism from the plasma membrane to the endosomes and the role that β-arrestin plays in this process. We showed that the Gαs subunit dissociates from the plasma membrane independently of β-arrestin after receptor activation while the Gβγ dimer requires β-arrestin for its trafficking. We also revealed the formation of a complex composed of the vasopressin V2 receptor, β-arrestin, and the Gβγ heterodimer and that this complex is critical for G protein translocation to the endosomes. This study highlights the role of β-arrestin in Gβγ trafficking and lays the basis for explaining the role of β-arrestin in mediating sustained endosomal G protein signaling. The aim of the second project was to explore the role of the glucagon receptor (GCGR) ubiquitination on signaling and β-arrestin functions. We showed that the ubiquitination state of the receptor controls signaling bias as a deubiquitinated GCGR exhibits decreased G protein coupling and activity while β-arrestin binding is enhanced. Deubiquitinated GCGR signaling is also redirected to a β-arrestin 1-dependent p38 MAPK pathway. We also revealed that this β-arrestin bias does not reduce GCGR-mediated insulin secretion in pancreatic β-cells. This study suggests that GCGR-dependent insulin secretion involves both G-protein and β-arrestin-dependent signaling. The ubiquitination status of GCGR directs signaling through different effectors to regulate insulin secretion and glucose homeostasis. The third project aimed to identify novel interactors of β-arrestin 1/2 and characterize the role of these interactions in the context of GPCR signaling. We identified over 100 new β-arrestin 1/2 potential interactions using the BioID proteomic approach. We confirmed the interaction of the atypical ubiquitin conjugating enzyme UBE2O with β-arrestin by co-immunoprecipitation and by BRET. We also showed that UBE2O modulates β-arrestin trafficking between the plasma membrane and early endosomes. The results of this study open new avenues to explore novel functions and regulation mechanisms of β-arrestin mediated by their interactions with previously unidentified interactors. The findings compiled in this thesis shed light on a broader picture of the mechanisms regulating β-arrestin functions, as well as the potential novel roles this protein plays in GPCR signaling. The characterization of non-canonical functions and regulatory mechanisms of β-arrestin is an exciting avenue that could be important in the development of future therapies targeting GPCRs.