Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

HTLV-1 est l’agent étiologique de la leucémie/ lymphome T de l’adulte (ATLL). In vivo, ce virus infecte les lymphocytes T CD4+ et CD8+. Cependant, l’ATLL est presque toujours de phénotype CD4+. HTLV-1 se réplique essentiellement par expansion clonale des cellules T infectées. Cette expansion clonale repose sur deux mécanismes distincts dépendants du phénotype lymphocytaire : HTLV-1 induit la mise en cycle des lymphocytes T CD4+ et la résistance à l’apoptose des lymphocytes T CD8+. En plus d’une prolifération accrue, les cellules T CD4+ infectées in vivo présentent des ponts interchromatiniens caractéristiques d’une instabilité génétique. Ainsi, l’infection par HTLV-1 établit un phénotype préleucémique restreint aux lymphocytes T CD4+ infectés. Les objectifs de ma thèse étaient de comprendre les évènements moléculaires et cellulaires qui sous-tendent l’expansion clonale des cellules T CD4+ et CD8+ au cours de l’infection par HTLV-1. Dans un premier temps, dans l’hypothèse d’un effet général de l’infection sur l’expansion clonale des cellules T infectées et non infectées, nous avons comparé les effets d’une infection in vitro à ceux observés dans des lymphocytes T CD4+ et CD8+ issus d’individus infectés depuis plus de 6 à 26 ans. Cette étude nous a permis de montrer que les interactions directes virus-cellules sont suffisantes pour entraîner une résistance des lymphocytes T CD8+ à l’apoptose mais pas pour l’établissement d’un phénotype préleucémique des lymphocytes T CD4+ in vivo. Dans un deuxième temps, nous avons mis en évidence que les lymphocytes T CD8+ infectés in vivo résistent à l’apoptose médiée par Fas. La surexpression du gène antiapoptotique cIAP-2 mais pas celle de c-FLIP(L) est impliquée dans la résistance à l’apoptose médiée par Fas des lymphocytes T CD8+ infectés et donc dans leur expansion clonale. / HTLV-1 is the etiological agent of Adult T-cell Leukemia/Lymphoma (ATLL). In vivo this virus infects CD4+ and CD8+ T lymphocytes yet ATLL is regularly of the CD4+phenotype. HTLV-1 mainly replicates via the clonal expansion of infected cells. Clonal 3 expansion relies on two distinct mechanisms with respect to the T-cell phenotype: HTLV-1 recruits CD4+ infected T cells into the cell cycle while preventing cell death in CD8+ infected T cells. Furthermore, infected tax-expressing CD4+ lymphocytes display morphological changes characteristic of genetic instability. Therefore, HTLV-1 infection establishes a Tax-dependent CD4+-restricted preleukemic phenotype. The objectives of my work were to investigate the molecular and cellular events that underlie clonal expansion of CD4+ versus CD8+ T cells upon HTLV-1 infection. We hypothesized that the infection could have consequences on both infected and uninfected T cells. Therefore, we first compared the effects of a recent experimental infection performed in vitro with those observed in cloned T cells from patients infected since > 6-26 years. Our findings suggest that the sole virus-cell interactions are sufficient for the resistance to apoptosis in CD8+infected T lymphocytes but not enough for the establishment of a CD4+-restricted preleukemic phenotype in vivo. Next, we evidenced that the CD8+ infected T cells resist to Fas-mediated cell death. Finally, cIAP-2 but not c-FLIP(L) overexpression in these cells appears involved in apoptosis resistance of CD8+ infected T cells and thereby in their clonal expansion.

La leucémie lymphoïde aiguë (ALL) est le cancer pédiatrique le plus fréquent. Une proportion importante de ces cas sont des leucémies lymphoïdes aiguës à cellules T (T-ALL). Présentement, le traitement implique l’utilisation d’une chimiothérapie hautement toxique pour une durée s’échelonnant sur plusieurs années. Bien que la rémission soit possible, les séquelles physiques et psychologiques peuvent être dévastatrices, particulièrement dans un contexte pédiatrique. Des rechutes sont également possibles à long terme. Des approches génétiques, cellulaires et moléculaires ont permis d’identifier le thymocyte au stade DN3 comme étant la cellule à l’origine de la leucémie. En effet, dans les cas où la leucémie est induite par l’expression aberrante de SCL/TAL1, des données ont démontré que les thymocytes au stade DN3 sont reprogrammés en cellules souches pré-leucémiques (pré-LSCs) par l’action du complexe SCL-LMO1. Ces cellules acquièrent par la suite une mutation activatrice de NOTCH1, qui accélère le développement de la leucémie. Le stade DN3 est le point de convergence de signaux collaborant pour favoriser survie, différentiation et prolifération cellulaire. Les deux voies de signalisation principales sont celles de NOTCH1 et du pré-TCR. Ces deux signaux sont connus pour jouer un rôle tant au stade pré-leucémique qu’en progression au stade leucémique. Alors qu’il était connu que NOTCH1 était en mesure d’augmenter la fréquence des pré-LSCs, nos travaux révèlent que le pré-TCR favorise leur expansion clonale. Nous démontrons également que les effecteurs de NOTCH1 et du pré-TCR dans les pré-LSCs sont la voie mTOR et la voie de ERK, respectivement. Ces voies de signalisation peuvent être ciblées pharmacologiquement par le Trametinib (inhibiteur MEK1) et le Dactolisib (inhibiteur PI3K/mTOR), menant à un effet additif avec la chimiothérapie (VXL : Vincristine, Dexaméthasone et L-asparaginase) sur les pré-LSCs en essais ex vivo. Nous démontrons également que le Trametinib est synergique avec VXL contre des blastes humains de T-ALL en essais ex vivo. Les résultats de cette même association sont encourageants en essais in vivo de xénogreffe de blastes humains de T-ALL chez des souris immunosupprimées. / Acute lymphoblastic leukemia (ALL) is the most common childhood cancer. T-cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) accounts for a significant portion of these cases. The current standard of care unfortunately involves the use of highly toxic chemotherapy over multiple years. In spite achievement of high remission rate, the life-long physical and psychological sequalae are devastating and cannot be overlooked, especially in the pediatric setting. Genetic, cellular, and molecular approaches have identified thymocyte at the DN3 stage of differentiation as the cell of origin of leukemia. When leukemia is induced by aberrant expression of SCL/TAL1, data show that DN3 cells are reprogrammed into self-renewing pre-leukemic stem cells (pre-LSCs) by the action of the SCL-LMO1 complex. Then, reprogrammed cells gain a NOTCH1 gain-of-function mutation that speeds up development of leukemia. Interestingly, the DN3 stage is a point at which multiple collaborating signals converge to drive cell survival, differentiation, and proliferation. The two main signaling pathways operating at the DN3 stage are NOTCH1 and the pre-TCR. Both signals are recognized for playing a role in leukemogenesis, both at the pre-leukemic stage and in the transition to acute leukemia. While it was known that NOTCH1 increases pre-LSC frequency, we demonstrate herein that pre-TCR promotes pre-LSC clonal expansion. Additionally, we provide evidence that the mTOR pathway and the ERK pathway are effectors of NOTCH1 and pre-TCR signaling, respectively. These pathways can be targeted pharmacologically with Trametinib (MEK1 inhibitor) and Dactolisib (PI3K/mTOR inhibitor), leading to additive effects on pre-LSC viability when combined with chemotherapy (VXL: Vincristine, Dexamethasone and L-asparaginase) in ex vivo assays. We also demonstrate that association of VXL with Trametinib is synergistic against primary human leukemic blasts in ex vivo assays. Results from in vivo testing of this association through patient-derived xenografts (PDX) conducted on immunocompromised mice look promising.

Les personnes qui vivent avec le VIH (PVVIH) doivent prendre un traitement d’antirétroviraux combinés (ART) pour contrôler la réplication virale et empêcher le développement d’une immunodéficience dont l’issue est fatale. Les ART protègent les cellules saines de l’infection et permettent ainsi de rendre la charge virale plasmatique indétectable. Cependant, l’arrêt des ART entraine presque inévitablement un rebond de la charge virale, puisque le virus n’est jamais complètement éliminé par le système immunitaire. En effet, de multiples cellules infectées, où le virus s’est intégré et demeure dans un état de latence, restent présentes tout au long de la vie des PVVIH. Une partie de ces cellules infectées forme le réservoir compétent pour la réplication. Les provirus responsables du rebond de la charge virale possèdent trois caractéristiques : ils gardent la capacité d’être réactivés (sortie de latence), ils sont génétiquement intacts, et ils peuvent produire de nouvelles particules virales infectieuses. Afin de guérir les PVVIH de l’infection, il faut donc cibler les quelques rares cellules portant un provirus intact et inductible. Pour ce faire, il est impératif de comprendre comment ces cellules sont maintenues pendant les années de ART, de les localiser dans tout l’organisme, et d’identifier ce qui peut les distinguer des autres. Ce sont ces trois aspects que nous avons abordés au cours des travaux de recherche présentés dans cette thèse, autant à l’échelle de la cellule unique que de l’organisme entier. Nos résultats montrent que les provirus compétents pour la réplication persistent dans des lymphocytes T CD4+ mémoires exprimant l’intégrine VLA-4 en grande quantité, que les provirus intacts peuvent subsister au sein de différents compartiments anatomiques, que les provirus inductibles et compétents pour la traduction de la protéine virale p24 sont majoritairement défectifs, et que l’expansion clonale est un mécanisme important qui favorise le maintien du réservoir viral dans le sang et dans les tissus tout en favorisant la diversité phénotypique de ces cellules. / People with HIV (PWH) must take combinational antiretroviral therapy (ART) to control viral replication and avoid developing fatal immunodeficiency. ART allows achieving undetectable plasma viral load, and thus protects uninfected cells from HIV. However, ART interruption will almost inevitably result in a viral rebound since HIV is never completely cleared by the immune system. Indeed, a group of infected cells, where the virus has integrated and remains in a latent state, persists throughout the life course of PWH, and some of these cells form the replicationcompetent reservoir. Proviruses responsible for viral rebound have three characteristics: they can be induced to exit their latent state, they are genetically intact, and they are able to produce new infectious viral particles. Therefore, in order to cure PWH, it is essential to target the few cells with intact and inducible provirus, and to be able to do so, it is imperative to understand how these cells are maintained during years of ART, to localize them throughout the body, and to identify what distinguishes them from other cells. These three aspects are the focus of the work presented in this thesis, whether at the single-cell level or looking through the whole body. Our results show that replication-competent proviruses persist in memory CD4+ T cells expressing high levels of the integrin VLA-4, that intact proviruses can persist among various anatomical compartments, that inducible and translation-competent proviruses are predominantly defective, and that clonal expansion is an important mechanism that favors the maintenance of reservoir cells both in the blood and in deep tissues in addition to diversify phenotypically those cells.