Le traitement de cellules par des aminobisphosphonates (ABP) induit une accumulation intracellulaire de molécules activatrices des lymphocytes T Vy9Vd2 (IPP, ApppI). Alors que ces lymphocytes ne semblent pas naturellement activés lors d'une infection par le cytomégalovirus humain (HCMV), le laboratoire a mis en évidence l'existence d'une action synergique entre le HCMV et les ABP sur leur activation. Ma thèse a eu pour objectif d'analyser le mécanisme de cette synergie et d'évaluer le potentiel immuno-thérapeutique des ABP dans le cadre d'une infection HCMV. Nous avons montré qu'après sensibilisation par des ABP in vitro, des cellules infectées sont fortement activatrices des T Vy9Vd2. Les fibroblastes traités par des ABP activent la production d'IFN-y par les T Vy9Vd2 mais pas la production de TNF. L'infection de ces fibroblastes par le HCMV induit une augmentation de la production d'IFN-y et stimule la production de TNF par des T Vy9Vd2. Cette activation a été observée avec des lymphocytes T Vy9Vd2 établis en lignées cellulaires mais aussi avec des cellules Vy9Vd2 isolées directement de sang périphérique. De plus, cette augmentation de production de cytokines est observée avec différentes souches virales (souche de laboratoire et isolats cliniques) et différents types cellulaires permissifs pour HCMV. Nous avons également montré que l'infection par le HCMV entraine une surproduction d'IPP et d'ApppI dans les cellules cibles traitées aux ABP, ce qui explique en partie l'augmentation de la sécrétion de cytokines par les T Vy9Vd2. Enfin, nous avons mis en évidence que ces T Vy9Vd2 sont capables de limiter la réplication et la production virale suite à un traitement par des ABP, tout en préservant les cellules non infectées. Selon nos études, cette activité antivirale implique la production des cytokines IFN-y et TNF et non l'activité cytotoxique des T Vy9Vd2. Par conséquent, mes travaux de thèse fournissent une preuve de concept pour une application thérapeutique des ABP dans le cadre d'une infection par le HCMV. / Aminobisphosphonates (ABP) treatment of cells induces intracellular accumulation of molecules (IPP, ApppI) which stimulate human Vy9Vd2 T cells. Although these lymphocytes do not appear naturally activated during human cytomegalovirus (HCMV) infection, the laboratory demonstrated a synergistic effect of HCMV and ABP on Vy9Vd2 T cell activation. My PhD thesis aimed to analyze the mechanism of this synergy and evaluate the immunotherapeutic potential of ABP in the context of HCMV infection. After ABP treatment of cells in vitro, we showed that HCMV-infected cells strongly activated Vy9Vd2 T cells. ABP-treated fibroblasts activate Vy9Vd2 T cells to produce IFN-y but not TNF. The HCMV infection of these fibroblasts stimulates TNF secretion and an increased production of IFN-y, indicating that Vy9Vd2 cells can sense HCMV infection. Increased cytokine production was observed with Vy9Vd2 T cell lines and "fresh" Vy9Vd2 directly isolated of blood. Moreover, Vy9Vd2 T cell activation was observed with most HCMV strains (laboratory strains or clinical isolates) and different HCMV-permissive cells. We also showed that HCMV infection induces an overproduction of IPP and ApppI in ABP-treated cells, which explains in part the increased cytokine production by Vy9Vd2 T cells. At last, we demonstrated the capacity of Vy9Vd2 T cells to limit viral replication and production after ABP treatment while preserving uninfected cells. Our experiments indicate that this antiviral activity involves IFN-y and TNF secretion by Vy9Vd2 T cells but not their cytotoxicity activity. Consequently, my work provides a proof of concept of the therapeutic potential of ABP in the context of HCMV infection.

Le cytomégalovirus humain (CMVH) est un pathogène opportuniste majeur en cas d’immunodépression et représente la principale cause d’infection congénitale d’origine virale. Bien qu’efficaces, l’utilisation des molécules conventionnelles est limitée par l’émergence de résistance et leur toxicité. Il devient alors nécessaire de développer de nouveaux traitements.L’étude des nouvelles mutations émergeant sous traitement antiviral demeure donc essentielle. L’introduction de ces nouvelles mutations, par mutagénèse « en passant », dans un chromosome bactérien artificiel contenant le génome viral nous permet, après transfection en cellules humaines, de tester la sensibilité de la souche recombinantes aux antiviraux.Différentes mutations de résistances ont ainsi été caractérisées. Afin de mettre en évidence de nouvelles cibles antivirales, des analyses bio-informatiques et la production de virus recombinants ont permis d’identifier de potentiels motifs fonctionnels essentiels à la réplication au sein du complexe terminase et hélicase-primase. Ainsi, nous avons montré quela sous-unité pUL56 du complexe terminase appartient à la famille des LAGLIDADG Homing Endonuclease. En effet, pUL56 contient un motif LATLNDIERFL et un motif de liaison à l’ADN. La technologie Alpha utilisant des protéines purifiées a permis de valider le caractère essentiel du fragment WMVVKYMGFF de pUL56 pour l’interaction avec pUL89. Enfin, nous avons mis en évidence les résidus impliqués dans la fixation de l’ATP au sein de l’hélicase et dans la stabilisation du zinc de la primase. Ainsi, la compréhension de la structure de ces protéines pourrait permettent de mieux appréhender leur fonctionnement au sein du processus de réplication du CMVH et le développement de nouvelles thérapies ciblant ces domaines. / Human cytomegalovirus (HCMV) is an important opportunistic pathogen for immunecompromised patients and is the leading cause of congenital viral infection. Although they are effective, using of conventional molecules is limited by the emergence of resistance and their toxicity. Then it becomes necessary to develop new treatments. Study of new mutationsemerging under antiviral treatment is therefore essential. Introduction of these new mutations, by « en passant » mutagenesis, into an artificial bacterial chromosome containing the viral genome allows us, after transfection into human cells, testing antivirals sensitivity of the recombinant. Different mutations of resistances have been characterized. In order tohighlight new antiviral targets, bioinformatics and recombinant viruses production allowed to identify potential functional patterns essential for viral replication within terminase and helicase-primase complex. Thus, we have shown that pUL56 subunit of the terminase complex belongs to the LAGLIDADG Homing Endonuclease family. Indeed, pUL56 contains aLATLNDIERFL motif and a DNA binding motif. Alpha technology using purified proteins allowed to validate the essential character of the WMVVKYMGFF fragment of pUL56 for the interaction with pUL89. Finally, we highlighted the residues involved in ATP binding within the helicase and in the stabilization of zinc within the primase. Thus, understanding of these proteins structure could allow us to better understand their role within the viral replication process and the development of new therapies targeting these domains.

Le cytomégalovirus humain (CMVH) est un virus mondialement répandu impliqué dans des pathologies sévères chez les sujets immunodéficients et lors d’infection congénitale. L’arsenal thérapeutique est limité, non dénué de toxicité, et ne pouvant être administrés aux femmes enceintes. De plus, ces traitements favorisent l’émergence de mutations de résistance. Il est donc nécessaire de développer de nouvelles thérapies, mais également de mieux comprendre les mécanismes de l’infection à CMVH lors de la grossesse. Au cours de ce travail de thèse, nous avons travaillé sur différents modèles d’infection virale, premièrement in vitro afin de tester de nouvelles molécules au potentiel antiviral, ciblant l’enzyme cyclooxygénase-2 impliquée dans les processus d’inflammation ; secondairement, ex vivo, sur des explants de placentas de premier et troisième trimestre. Dans ce dernier modèle, nous nous sommes intéressés au profil d’expression des cytokines inflammatoires induites par l’infection à CMVH. Nous avons ainsi testé des nouveaux inhibiteurs de la cyclooxygénase-2 in vitro. L’un d’entre eux, RG193, montre un effet synergique avec le maribavir et la baïcaléine, ce qui est prometteur pour d’éventuelles bithérapies. Concernant le modèle de culture ex vivo, nous avons pu démontrer la viabilité des explants et l’efficacité antivirale de diverses molécules sur l’infection à CMVH. Les résultats préliminaires sur l’expression des cytokines par les placentas infectés montrent des différences notables entre premier et troisième trimestre de grossesse. Cependant, les antiviraux testés semblent avoir peu d’impact sur la régulation des ARN messagers des cytokines pro-inflammatoires MCP-1, TNF-α, IP-10 suite à l’infection. / The human cytomegalovirus (HCMV) is a worldwide common virus involved in diseases in immunocompromised patients, and in congenital infection. Few treatments. Antiviral drugs are limited, not devoid of toxicity, and so cannot be administered to pregnant women. Moreover, they promote the emergence of resistance mutations. Development of new therapies is necessary, also a better understanding of the mechanisms of HCMV infection during pregnancy. In this work, we used different models of viral infection; first in vitro, in order to test new potential antiviral molecules targeting the cyclooxygenase 2 enzyme, which is involved in the inflammation process; secondly an ex vivo model, on first and third trimester placental explants. We also studied the expression profile of inflammatory cytokines induced by the HCMV infection in this model.We have tested new cyclooxygenase 2 inhibitors in vitro. Within them, RG193 shows a synergistic effect with the maribavir and baicalein, which is promising for potential dual therapy. Concerning the ex vivo culture model, we could demonstrate the viability of explants and antiviral efficacy of various molecules on HCMV infection. Preliminary results on the expression of cytokines in infected placentas show differences between first and third trimester of pregnancy. However, antiviral tested appear to have little impact on the regulation of proinflammatory cytokines MCP-1, TNF- α, IP-10 mRNA during infection.

L'infection congénitale par le cytomégalovirus humain (HCMV) est la première cause de séquelles acquises du système nerveux central (CNS). Elle est responsable de surdités neurosensorielles, de paralysies cérébrales ou d'anomalies neuro-développementales graves (0,1% des naissances) telles que des microcéphalies ou des anomalies de gyration. Pour étudier les effets de l'infection par le HCMV sur le développement cérébral, nous utilisons des cellules souches neurales (NSC) humaines dérivées de cellules souches embryonnaires (ES), ainsi que des coupes histologiques de cerveaux fœtaux infectés. Notre travail a porté sur l'analyse des conséquences de l'infection sur un facteur de transcription essentiel lors du développement cérébral, le Peroxisome Proliferator-Activated Receptor gamma (PPARg). Nous avons démontré que l'infection par le HCMV diminuait la neuronogénèse, en association avec une augmentation des niveaux d'expression et d'activité de PPARg. En accord avec ces résultats, nous avons montré que le niveau d'expression de l'acide 9-hydroxyoctadecadienoique (9-HODE), un agoniste connu de PPARg était augmenté dans les NSC infectées. En outre, l'ajout de 9-HODE dans les NSC reproduit l'effet de l'infection sur PPARg conduisant à une augmentation du nombre de cellules positives pour l'antigène viral IE parmi les NSC infectées. De plus, nous avons démontré que : (1) l'activation pharmacologique ou l'expression ectopique de PPARg suffisent pour perturber la neuronogénèse de NSC non infectées ; (2) le traitement de NSC non infectées par le 9-HODE diminue la différenciation des NSC ; (3) le traitement de NSC infectées par du T0070907, un inhibiteur de PPARg restaure un taux normal de différenciation. Le rôle crucial de PPARg dans les pathologies fœtales liées à l'infection a été souligné par la mise en évidence de sa translocation nucléaire au sein des zones germinatives de cerveaux fœtaux infectés congénitalement par le HCMV (N=20), mais pas dans les cas contrôles. Nous avons également identifié un des gènes cibles de PPARg dans le cerveau infecté: LIS1, le gène de la lissencéphalie classique, dont l'expression est également augmentée dans les NSC infectées, de façon dépendante de l'activité de PPARg. Nous avons mis en évidence que l'expression de LIS1 était augmentée de façon massive dans les cerveaux fœtaux infectés congénitalement par le HCMV (N=6) par rapport aux cas contrôles (N=3). Ceci pourrait jouer un rôle central dans la physiopathologie, car il est connu que toute perturbation de l'expression de LIS1 conduit à des anomalies importantes de la migration neurale et au développement d'un phénotype dit "lissencephaly-like". L'ensemble de nos données révèle le rôle clé de PPARg dans la neuronogénèse et la pathophysiologie de l'infection congénitale par le HCMV. Elles ouvrent la voie à une meilleure compréhension des mécanismes régissant les phénotypes pathologiques, notamment concernant le rôle de LIS1 dans les anomalies de la migration neurale. / Congenital infection by human cytomegalovirus (HCMV) is a leading cause of permanent sequelae of the central nervous system, including sensorineural deafness, cerebral palsies or devastating neurodevelopmental abnormalities (0.1 % of all births). To gain insight on the impact of HCMV on neuronal development, we used both neural stem cells from human embryonic stem cells (NSC) and brain sections from infected fetuses. We investigated the outcome of infection on Peroxisome Proliferator-Activated Receptor gamma (PPARg, a transcription factor critical in the developing brain. We observed that HCMV infection dramatically impaired the rate of neuronogenesis and strongly increased PPARg levels and activity. Consistent with these findings, levels of 9-hydroxyoctadecadienoic acid (9-HODE), a known PPARg agonist, were significantly increased in infected NSCs. Likewise, exposure of uninfected NSCs to 9-HODE recapitulated the effect of infection on PPARg activity. It also increased the rate of cells expressing the IE antigen in HCMV-infected NSCs. Further, we demonstrated that (1) pharmacological activation of ectopically expressed PPARg was sufficient to induce impaired neuronogenesis of uninfected NSCs, (2) treatment of uninfected NSCs with 9-HODE impaired NSC differentiation and (3) treatment of HCMV infected NSCs with the PPARg inhibitor T0070907 restored a normal rate of differentiation. The role of PPARg in the disease phenotype was strongly supported by the immunodetection of nuclear PPARg in brain germinative zones of congenitally infected fetuses (N=20), but not in control samples. We also identified LIS1 as one of the target genes for PPAR??in the infected brain. Levels of LIS1, the gene of classical lissencephaly, were strongly increased in infected NSC, presumably resulting from increased PPAR? activity. The relevance of this finding was further supported by our demonstration of a massive increase in the immunodetection in LIS1 fetal brains congenitally infected with HCMV (N = 6), relative to control cases (N = 3). Indeed, it is well known that overexpression of LIS1 is responsible for significant abnormalities of neural migration and development of a lissencephaly-like phenotype. Altogether, our findings reveal a key role for PPARg in neurogenesis and in the pathophysiology of HCMV congenital infection. They also pave the way to the identification of PPARg gene targets in the infected brain.

Le cytomégalovirus humain (HCMV), un membre de la famille des Herpesviridae, cause des infections latentes chez plus de la moitié (60 %) de la population dans les pays développés. Cette proportion peut atteindre jusqu’à la totalité (100%) de la population dans les pays en voie de développement. Sa primo-infection chez le foetus en développement ou chez le nouveau-né ainsi que sa réactivation chez les individus immunodéprimés sont associés à de nombreux cas de morbidité et de mortalité. L’infection congénitale est l’infection à HCMV la plus importante et engendre un coût économique de plus de 2 milliards de dollars américains chaque année. Aucun vaccin n’est approuvé à ce jour pour la prévention de l’infection à HCMV. Cependant, des antiviraux sont disponibles pour le traitement de cette infection. Parmi ceux-ci, on retrouve trois types d’analogues : un analogue nucléosidique (ganciclovir), un analogue nucléosidique monophosphaté (cidofovir) et un analogue du pyrophosphate inorganique (foscarnet). Ces antiviraux ont tous comme cible commune l’ADN polymérase virale. Toutefois, de nombreuses souches résistantes à ces antiviraux sont retrouvées chez certains individus infectés. Ces souches résistantes présentent de nombreuses mutations au niveau du gène viral qui encode pour l’ADN polymérase UL54 du cytomégalovirus. Jusqu’à présent dans la littérature, seule l’association entre les mutations et la résistance antivirale a été proposée. Les travaux présentés dans ce mémoire visent à mieux comprendre l’effet des mutations sur la liaison des antiviraux à la polymérase et donc éventuellement élucider le mécanisme moléculaire de résistance aux antiviraux chez ce pathogène. Cette recherche a permis de déterminer que les mutations, associées à la résistance antivirale, affectent la liaison optimale des désoxynucléotides (dNTPs) et bloquent la liaison de l’antiviral (foscarnet) à l’ADN polymérase virale UL54. Toutefois, ces mutations n’affectent pas la liaison de l’ADN simple brin à celle-ci. De plus, selon l’étude présentée ici, les mutations n’affectent pas le repliement global de l’ADN polymérase virale. Le mécanisme de résistance moléculaire semble donc avoir un impact très local sur la protéine. Peu d’informations sur la structure de cette polymérase virale sont disponibles à ce jour dans la littérature. Il serait donc pertinent d’élucider la structure cristallographique de cette polymérase pour éventuellement étudier l’effet structural des mutations sur la polymérase et ainsi élucider le ou les mécanismes moléculaires de résistance aux antiviraux.

L’infection à cytomégalovirus (CMV) cause des pathologies graves en absence d’immunité. Les lymphocytes T (LT) γδ participent à la réponse anti-CMV puisqu’ils s’amplifient dans le sang de patients transplantés rénaux concomitamment à une diminution de la charge virale. D’autre part, l’amplification T γδ est associée à un risque moindre de cancers cutanés chez ces patients. Nous avons choisi d’utiliser le modèle murin de l’infection à CMV afin d’étudier la capacité des LTγδ à protéger les souris contre l’infection et le cancer.Nous avons montré qu’en absence de LTαβ dans des souris TCRα-/- (αβ-γδ+), différentes sous populations de LTγδ s’amplifient dans les organes cibles du CMV. Le contrôle de la charge virale observé in situ suite à leur amplification protège les souris TCRα-/- des dommages hépatiques/pulmonaires et de la mort, alors que les souris CD3ε-/- (αβ-γδ-) succombent à l’infection. Enfin, l’effet protecteur des LTγδ est également observé en absence de NK, de LTαβ et de LB, montrant l’importance que peuvent avoir ces cellules dans un contexte d’immunodéficience touchant les autres acteurs immunitaires.Nous avons montré la capacité du CMV à inhiber la croissance de tumeurs coliques (MC38) et de mélanomes (B16F10) implantés en sous-cutané dans des souris immunodéficientes, révélant un rôle anti-tumoral du CMV indépendant de l’immunité et des LTγδ. La permissivité au CMV de ces lignées tumorales suggère un effet direct du virus, par apoptose (B16F10) ou par un mécanisme encore indéterminé (MC38). Enfin, une inhibition comparable est observée pour une lignée carcinomateuse humaine, présupposant un effet indirect du virus sur le microenvironnement tumoral. / Cytomegalovirus causes serious pathologies in immune-compromised hosts. γδ T cells increase in the peripheral blood of renal transplant recipients concomitantly to a decrease of CMV viral antigenemia, indicating that they participate to the immune response against CMV. Moreover, γδ T cell amplification is associated with a reduced risk of skin cancer in these patients. We chose to use the mouse model of CMV infection to study the capacity of γδ T cells to protect mice against CMVinfection and cancer.We showed that in the absence of αβ T cells in TCRα-/- mice (αβ-γδ+), different γδ T cell subsets are increased in CMV target organs. A concomitant decrease of viral load was observed in TCRα-/- mice which survived CMV infection, in contrast to CD3ε-/- mice which died and displayed damage to the lungs and liver. γδ T cell antiviral protective effect was also observed in the absence of NK, αβ T and B cells, showing the crucial role that these cells could play in immunodeficient contexts where other immune players are compromised.We showed the ability of CMV to inhibit the growth of subcutaneous colonic tumors (MC38) and melanomas (B16F10) in immunodeficient mice, thus revealing an anti-tumor role of CMV independently of immunity and γδ T cells. CMV was able to infect these tumor cell lines in accordance with a direct anti-tumor effect of the virus, through apoptosis (B16F10) or by means of a still unresolved mechanism. Finally, CMV also inhibits the growth of human colonic tumors, leading to the hypothesis that a viral-mediated indirect anti-tumor effect could also operate.

L’infection par le cytomégalovirus est le plus souvent asymptomatique chez les sujets immunocompétents mais entraine une morbidité et une mortalité importantes chez les patients immunocompromis et en cas d’infection congénitale.<p>Après l’infection primaire, le virus persiste tout au long de la vie à l’état latent mais peut se réactiver de manière intermittente. Ceci est associé à l’expansion de lymphocytes T CD4+ fortement différenciés ayant des fonctions auxiliaires et cytolytiques. L’infection primaire est, par contre, caractérisée par une réplication virale intense qui dure plusieurs mois. Il a été montré que l’exposition prolongée à des concentrations élevées d’antigènes entraine une perte progressive de fonction par les lymphocytes T appelée épuisement et caractérisée par l’expression de récepteurs inhibiteurs. L’impact de la réplication virale intense observée au cours de l’infection primaire par le CMV sur la fonction des lymphocytes T CD4+ n’est pas bien connu.<p>La fonctionnalité des lymphocytes T CD4+ a été explorée chez l’humain et le singe rhésus au cours de l’infection primaire et comparée à celle de sujets porteurs chroniques du virus.<p>Les résultats montrent que l’infection primaire par le CMV est associée à la détection de lymphocytes T CD4+ circulants ayant une faible capacité de prolifération et de production de cytokines et d’IL-2 en particulier.<p>L’impact de la différenciation sur la fonction des lymphocytes a été exploré en détail chez l’humain. Il a été observé qu’un degré de différenciation plus élevé des lymphocytes T CD4+ spécifiques du CMV joue un rôle dans la production réduite d’IL-2. Toutefois, la fraction moins différenciée (exprimant la molécule CD28) présente également une sécrétion d’IL-2 moindre au cours de l’infection primaire. Ceci fait partie d’une diminution globale de la production de cytokines au cours de l’infection primaire qui affecte également la sécrétion d’IFNγ et TNFα, entraine une polyfonctionnalité réduite et est indépendante de la différenciation. L’épuisement des lymphocytes T CD4+ spécifiques du CMV contribue à leur fonctionnalité moindre comme l’indique l’expression accrue du récepteur inhibiteur PD-1 et l’augmentation des réponses prolifératives en présence d’anticorps bloquant PD-1.<p>Le lien entre excrétion virale et fonction lymphocytaire a été étudié chez le macaque rhésus. L’infection par le CMV est observée chez les singes juvéniles et adultes mais pas chez les nourrissons. L’excrétion urinaire et salivaire est significativement plus fréquente et intense chez les singes juvéniles par rapport aux adultes. Comme chez l’humain au cours de l’infection primaire, les lymphocytes T CD4+ spécifiques du virus sont moins<p>polyfonctionnels et prolifèrent moins efficacement chez les singes juvéniles par rapport aux singes adultes. Ceci est associé à l’expression accrue du récepteur inhibiteur PD-1 chez les singes juvéniles. La réponse proliférative des lymphocytes T CD4+ est accrue en présence d’anticorps bloquant PD-1 ou d’IL-2 exogène. Enfin, une association inverse entre fonction lymphocytaire et excrétion urinaire a été mise en évidence chez les macaques adultes.<p>Ces résultats indiquent que l’infection par le CMV présente des caractéristiques semblables chez l’humain et le singe rhésus. L’infection primaire est associée à la détection de lymphocytes T CD4+ ayant une fonctionnalité moindre qu’au cours de l’infection chronique. L’expression du récepteur inhibiteur PD-1 typique des cellules épuisées est l’un des mécanismes impliqués et pourrait être la cible de stratégies immunomodulatrices visant à améliorer les fonctions lymphocytaires et le contrôle de la réplication virale. Les résultats présentés indiquent que l’infection naturelle chez le singe rhésus constitue un modèle potentiellement utile à l’étude de la réponse immune au CMV humain et à l’évaluation de stratégies immunomodulatrices.<p>/<p>Cytomegalovirus infection is mostly asymptomatic in immunocompetent hosts but leads to severe morbidity and mortality in immunocompromised subjects and foetuses.<p>After primary infection, CMV establishes lifelong persistence but can reactivate intermittently. This is associated with the expansion of highly differentiated CD4+ T lymphocytes exhibiting helper functions and cytolytic activity.<p>Primary infection is characterised by an intense viral replication lasting several months. It has been shown that prolonged exposure to elevated antigen concentrations induces a progressive loss of function by T lymphocytes called exhaustion. This state of functional impairment is associated to the expression of inhibitory receptors. The consequence of the intense viral replication seen in primary CMV infection on CD4+ T cell function is unknown.<p>CD4+ T cell function has been studied in human and rhesus macaque during primary CMV infection. Chronic CMV carriers have been used as controls.<p>The results show that primary CMV infection is associated to the detection of circulating CD4+ T lymphocytes exhibiting weak proliferative capacities and reduced cytokine production affecting IL-2 in particular.<p>The impact of differentiation on lymphocyte function has been explored in detail in human. An increased proportion of terminally differentiated CD4+ T cells (CD28-) is observed during primary infection. These lymphocytes are unable to secrete IL-2 in response to CMV antigens. Interestingly, CD28+ CMV-specific CD4+ T cells also exhibit reduced IL-2 production during primary infection. This is part of a global reduction of cytokine production affecting IFNγ and TNFα as well. The impaired cytokine production is associated to reduced polyfunctionality and is independent of differentiation. Exhaustion of CMV-specific CD4+ T lymphocytes contributes to the reduced functionality as shown by an increased expression of the inhibitory receptor PD-1 and improved proliferative responses in the presence of PD-1 blocking antibodies.<p>The relationship between viral replication and lymphocyte function has been explored in rhesus macaques. CMV infection is observed in juvenile and adult monkeys but not in newborns. Excretion in urine and saliva is significantly more frequent and intense in juvenile monkeys than adults. As in primary infection in human, CMV-specific CD4+ T lymphocytes are less polyfunctional and have lower proliferative capacities in juveniles as compared to adults. This is associated with an increased expression of PD-1 in juvenile monkeys. CD4+ T cell proliferative responses are increased when PD-1 blocking antibodies or exogenous IL-2 are added to the culture medium. Finally, an inverse association between lymphocyte function and urinary excretion has been observed in adult macaques.<p>These results indicate that CMV infection shares common features in human and rhesus macaque. Primary infection is associated to the detection of CD4+ T lymphocyte displaying lower functional capacities as compared to chronic infection. Exhaustion contributes to the functional impairment and the inhibitory receptor PD-1 could be targeted by immunomodulatory strategies aiming at improving lymphocyte functions and controlling viral replication. Natural CMV infection in rhesus macaque might be useful as a model to evaluate the efficacy and safety of immunomodulatory approaches. / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’activation des lymphocytes T nécessite un double signal. Le premier est antigénique et permet la reconnaissance d’un peptide spécifique présenté à la surface de cellules présentatrices d’antigène (APC). Le second signal est co-stimulateur et implique l’interaction avec des molécules activatrices exprimées par les APC et la présence de cytokines proinflammatoires. Les cellules dendritiques (DC) sont les uniques APC capables de délivrer ce double signal et d'activer les lymphocytes T naïfs, initiant ainsi les réponses immunes primaires. L’immaturité du système immunitaire du nouveau-né est responsable d’une plus grande susceptibilité aux maladies infectieuses ainsi qu’une faible réponse vaccinale. Des déficiences tant au niveau de l’immunité innée que de l’immunité acquise participe à une faible défense face aux agressions. A la naissance, les DC expriment des niveaux faibles de molécules co stimulatrices et présentent un défaut majeur de synthèse d'IL 12, cytokine cruciale pour l’établissement de réponses de type Th1. Le but de ce travail est d’évaluer la capacité des DC du nouveau-né humain à activer les lymphocytes T CD8+. Dans une première approche, nous avons utilisé un modèle unique d’induction de réponse primaire in vitro qui permet d'étudier l'activation de lymphocytes T CD8+ spécifiques de l’antigène Melan-A, une protéine du soi exprimée par les mélanocytes. Ces lymphocytes existent à des fréquences particulièrement élevées chez les individus sains HLA-A2 et présentent les caractéristiques de lymphocytes T naïfs. Dans ce modèle, nous avons d’abord analysé les capacités immunostimulatrices de différentes populations de DC différenciées in vitro. Nous avons observé que les DC différenciées par la culture de monocytes purifiés en présence d'IL-3 et d’IFN-beta sont capables d’initier une réponse fonctionnelle des lymphocytes T CD8+, analogue à celle induite par les DC différenciées en présence de GM-CSF et d’IL-4. Ce même modèle nous a permis de démontrer que, en dépit de leur défaut de production d’IL 12, les DC du nouveau-né sont capables d'induire efficacement une réponse lymphocytaire T CD8+ cytotoxique. Afin dévaluer la relevance in vivo de nos observations, nous avons étudié le phénotype et la fonction des DC circulantes chez des nouveau-nés infectés par le cytomégalovirus (CMV). L’infection par le CMV au cours de la vie fœtale représente une situation clinique où le nouveau-né développe une réponse mature et fonctionnelle des lymphocytes T CD8+, alors que celle des lymphocytes T CD4+ est déficiente. Ces expériences ont montré que le phénotype, la fonction et la réponse à différents stimuli des APC présentes en périphérie ne sont pas affectés par l’infection congénitale par le CMV. Ces résultats suggèrent que l’observation des DC circulantes des nouveau-nés infectés par le CMV ne permet pas d’analyser l’influence du virus sur la fonction des DC néonatales. Dans ce but, nous avons reproduit un modèle d’infection in vitro de DC par une souche primaire du CMV. L’utilisation de micropuces à ADN nous a permis de comparer l’expression de gènes différentiellement induits par l’infection des DC d’adultes et de nouveau-nés. Nous avons ainsi révélé une proportion importante de gènes différentiellement induits, parmi lesquels celui de l’IFN-beta. Nous avons confirmé ce défaut au niveau protéique et mis en évidence une production d’IL 12 déficiente en réponse à l’infection par CMV. L’ensemble de nos résultats indique que malgré leur immaturité, les DC du nouveau-né sont capables, dans certaines circonstances, d’induire une réponse lymphocytaire T CD8+ cytotoxique. Cependant, le défaut de production de certaines cytokines co-stimulatrices pourrait être impliqué dans la faible réponse des lymphocytes T CD4+ à l’infection par CMV. Ces observations ont d’importantes implications pour la compréhension de l’induction de réponses cytotoxiques au cours d’infections virales et pour l’élaboration de stratégies vaccinales en début de vie.

Avec une prévalence mondiale de 0,7%, l’infection in utero à cytomégalovirus (CMV) représente la première cause de handicap neurologique congénital d’origine infectieuse. Les modalités de prise en charge de cette infection restent débattues notamment en raison de l’absence de marqueurs pronostics fiables et d’inconnus sur sa physiopathologie notamment celle de l’atteinte du cerveau fœtal. Le premier objectif de notre travail était de décrire et valider des marqueurs immuno-virologiques prédictifs de la transmission verticale et de séquelles néonatales. Le deuxième objectif était d’étudier les corrélats immuno-virologiques in situ de la sévérité de l’atteinte du cerveau fœtal. Nous avons pu établir à partir du bilan virologique maternel (avidité des IgG et ADN CMV sanguin) un score de risque de transmission verticale du virus en cas de primo-infection maternelle. Nous avons montré que le niveau du réservoir viral fœtal, reflété par la charge virale dans le liquide amniotique et dans le sang fœtal, était un marqueur prédictif des séquelles néonatales. Ainsi, la combinaison de la mesure du réservoir viral fœtal avec l’imagerie fœtale a permis d’établir des scores pronostics avec des valeurs prédictives positives et négatives de 80 à 100% respectivement. Nous avons mis en évidence par immuno-histochimie couplée à une analyse quantitative d’images que la multiplication virale ainsi que la réponse immunitaire innée (cellules NK) et adaptative (CD8+ et plasmocytes) étaient significativement plus élevées dans les cerveaux fœtaux les plus sévèrement atteints. Ce résultat paradoxal nous a incité à quantifier la présence du marqueur PD-1 et celle de son récepteur PD-L1. PD-1 était significativement plus exprimé dans les cerveaux sévèrement atteints. L’analyse par cytométrie de flux montrait que PD-1 était exprimé par 96% des CD8+ mais aussi par plus de 70% des lymphocytes B et des cellules NK. Ces résultats témoignent de l’existence dans les cerveaux fœtaux infectés d’un épuisement immunitaire touchant la réponse adaptative mais aussi innée. Enfin, l’analyse par cytométrie de flux montrait la présence d’une réplication virale dans les différents types de cellules neuronales (cellules souches, neurones, astrocytes). En conclusion, les résultats de notre travail ont permis d’améliorer les algorithmes de prise en charge de l’infection à CMV in utero grâce à la validation de marqueurs prédictifs immuno-virologiques. Par ailleurs, le fait qu’un épuisement immunitaire et une forte multiplication virale soient associés à la sévérité de l’atteinte cérébrale est important pour l’élaboration de stratégies thérapeutiques in utero. / CMV congenital infection has a worldwide incidence estimated at about 0.7% of all life births and represents the major cause of neurological handicap of infectious origin. The management of this infection remains highly debated. Several factors contribute to this and among them are the absence of recognized prognostic markers and gaps in the knowledge of its pathogenicity particularly that of the fetal brain. The first objective of this work was to describe and validate immune and virological predictive markers of vertical transmission and of neonatal sequelae. The second objective was to study in situ immune and virological correlates of the severity of fetal brain infection. We first validated a model of materno-fetal transmission based on maternal virological results (IgG avidity and blood CMV DNA). We then showed that the viral reservoir level, estimated by the viral load in the amniotic fluid and the fetal blood, was a predictive marker of neonatal sequelae. Prognosis models combining quantification of the viral reservoir to fetal imaging allow to reach positive and negative predictive values up to 80% and 100% respectively. We showed using immunohistochemistry and quantitative image analysis that viral multiplication as well as both innate immune responses (NK cells) and adaptive immune responses (CD8+ and plasma cells) were significantly higher in the most severely infected fetal brains. This paradox drove us to quantify PD-1 and its receptor PD-L1, PD-1expression was significantly higher in severely affected fetal brains. Cytometry flow analysis evidenced that PD-1 was expressed in 95% of CD8+ cells but also in at least 70% of NK cells and of B cells. These results demonstrate immune exhaustion of both adaptive and innate responses in fetal infected brains. Finally, viral replication was evidenced in stem cells, neurons and mature astrocytes after separation by flow cytometry of these neuronal cell types. In conclusion, the validation of immune-virological markers obtained within this work has usefully improved the algorithms for the clinical management of in utero CMV infection. Moreover, the demonstration that immune exhaustion and high viral multiplication are responsible of severe fetal brain affection is important to elaborate in utero treatment strategies.

L’inflammation est un procédé complexe qui vise l’élimination de l’agent causal de dommages tissulaires en vue de faciliter la réparation du tissu affecté. La persistance de l’agent causal ou l’incapacité à résoudre l’inflammation mène à un dérèglement homéostatique chronique qui peut avoir une incidence sur la morbidité et la mortalité. L’athérosclérose est une condition inflammatoire chronique des vaisseaux sanguins dont l’origine est multifactorielle. L’hypertension et l’état infectieux représentent respectivement des facteurs de risque classiques et émergents du développement de cette maladie. Les fondements initiaux de l’inflammation font intervenir l’immunité innée, la première ligne de défense dont disposent les cellules pour répondre à un signal de danger. Le but de cette thèse est d’examiner le rôle pro-inflammatoire d’une famille de kinases essentielles à l’immunité innée, soit celle des kinases de IkappaB (IKK) et des kinases IKK-related. Les kinases IKKalpha et IKKbeta forment le complexe IKK avec la molécule adaptatrice NEMO/IKKgamma. Ce complexe est chargé d’effectuer la phosphorylation de l’inhibiteur de NF-kappaB, IkappaBalpha, ce qui mène à sa dégradation et à la libération du facteur de transcription NF-kappaB. Nous montrons que le peptide vasoactif angiotensine II (AngII) induit l’activité phosphotransférase d’IKKbeta dans les VSMC par immunoprécipitation de NEMO puis essai kinase in vitro. Grâce à une approche ARN interférence (ARNi) dirigée contre IKK, nous montrons que cette kinase est responsable de la phosphorylation de p65/RelA. Nous montrons que le mécanisme d’induction de NF-kappaB par l’AngII est atypique, puisqu’il ne module pas IkappaBalpha, et montrons à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques que l’activation de p65 est indépendante des voies MEK-ERK-RSK, PI3K et de la transactivation du récepteur de l’EGF. Les kinases IKK-related Tank-binding kinase 1 (TBK1) et IKK-i sont quant à elles principalement activées suite à une infection bactérienne ou virale. Ces kinases phosphorylent directement le facteur de transcription interferon regulatory factor (IRF)-3. Nous montrons que le cytomégalovirus humain, un pathogène associé à l’athérosclérose, a la capacité d’induire l’activation de TBK1 dans les VSMC. L’usage d’ARNi dirigé contre TBK1 et IKKi montre que les 2 kinases sont impliquées dans l’activation d’IRF-3. De plus, nous montrons à l’aide d’une lignée de VSMC exprimant une version dominante négative d’IRF-3 que ce dernier est essentiel à la synthèse des chimiokines RANTES et IP-10, tel qu’analysé par RT-PCR. Par ailleurs, il a récemment été montré que les kinases IKK-related étaient étroitement liées à la transformation oncogénique, et que TBK1 était pro-angiogénique. Or, l’angiogenèse est le plus souvent modulée par la réponse hypoxique qui est d’ailleurs commune à la majorité des processus inflammatoires. Le facteur de transcription hypoxia inducible factor (HIF)-1 module l’angiogenèse, l’inflammation et la survie cellulaire. Nous montrons à l’aide de cellules Tbk1 et Ikbke -/- et d’une approche lentivirale que TBK1 est spécifiquement impliquée dans l’induction traductionnelle de HIF-1alpha en condition de stress hypoxique. L’expression de TBK1 est induite sous ces conditions, et cette kinase module la phosphorylation de ERK, RSK, Akt et TSC1. Les résultats originaux présentés dans cette thèse montrent donc que les kinases IKK et IKK-related exercent leurs actions pro-inflammatoires par des mécanismes distincts. / Inflammation is a complex process that allows elimination of tissular damaging agents and thus facilitates wound repair. Persistance of a damaging agent or the incapacity to resolve the inflammatory state leads to chronic homeostatic deregulation with putative incidence on morbidity and mortality. Atherosclerosis is an inflammatory state of blood vessels which origins are multifactorial. Hypertension and the infectious state represent classical and emerging factors of atherosclerosis development, respectively. The innate immune response takes place in the initial steps of inflammation, and represents the first cellular line of defense against danger signals. The goal of this thesis is to examine the pro-inflammatory roles of the IkB kinases (IKK) and the IKK-related kinases, which are essential innate immune response protein kinases. IKKalpha and IKKbeta form, together with NEMO/IKKgamma, the IKK complex. This complex is responsible of the phosphorylation of the inhibitor of NF-kappaB, IkappaBalpha, a process that leads to its degradation and NF-kappaB release. By immunoprecipitation of NEMO and assessment of the IKK complex activity in vitro, we show that the vasoactive peptide angiotensin II (AngII) induces IKKbeta phosphotransferase activity in vascular smooth muscle cells (VSMC). The use of RNA interference (RNAi) against IKKbeta reveals that this kinase is responsible for p65/RelA phosphorylation. AngII modulation of NF-kappaB is atypical since it does not modulate IkappaB. Moreover, the use of pharmacological inhibitors shows that p65 induction is independent of both MEK-ERK-RSK and PI3K pathways, and that it does not involve EGF receptor transactivation. IKK-related kinases Tank-binding kinase 1 (TBK1) and IKK-i are known to be induced by bacterial and viral infections. These kinases are able to phosphorylate directly interferon regulatory factor (IRF)-3 transcription factor. Human cytomegalovirus (HCMV) seropositivity was shown to be linked to atherosclerosis development. We show that TBK1 activity is induced in HCMV-infected VSMC. RNAi directed against TBK1 and IKK-i reveals that both kinases are required for IRF-3 activation. The use of a VSMC line that express a dominant negative version if IRF-3 shows that this transcription factor is involved in the induction of RANTES and IP-10 chemokines, as assessed by RT-PCR. In addition, IKK-related kinases were recently shown to be implicated in oncogenic transformation. TBK1 was also shown to be pro-angiogenic. Angiogenesis is known to be regulated by the hypoxic response, a common condition of inflammatory processes. Hypoxia-inducible factor (HIF)-1 is a transcription factor that modulates angiogenesis, inflammation and cell survival. We show with the use of Tbk1 and Ikbke -/- cells combined with the use of a lentiviral approach that TBK1 is specifically involved in HIF-1alpha translational induction under hypoxic stress. We also show that TBK1 expression is enhanced under theses conditions, and that this kinase modulates the phosphorylation of ERK, RSK, Akt and TSC1. In conclusion, the results presented in this thesis show that the IKK and IKK-related kinases are both pro-inflammatory, and exert their actions by distinct mechanisms.