Les protéines IFITM (« InterFeron Inducible TransMembrane proteins »), et en particulier les membres 1, 2 et 3, sont des facteurs de restriction antiviraux dont l’expression est induite par le système immunitaire inné en réponse à une infection virale. Elles inhibent la réplication de nombreux virus pathogènes pour l’homme parmi lesquels figurent le virus de la grippe A, le VIH (Virus de l’Immunodéficience Humaine) de type 1 ou encore le virus de l’hépatite C. Ces virus entrent dans la cellule hôte, soit par fusion directe avec la membrane plasmique, soit par la voie de l’endocytose. Il est à présent communément admis que les protéines IFITM, localisées au sein des membranes plasmiques et endolysosomales, agissent en inhibant la fusion des membranes virales et cellulaires, empêchant par conséquent l’entrée du virus dans la cellule et donc sa réplication. D’autre part, dans le cas du VIH, leur incorporation dans les particules virales produites par la cellule hôte diminuerait la capacité de ces particules à infecter de nouvelles cellules cibles. Cependant, les mécanismes moléculaires par lesquels les protéines IFITM interfèrent avec le cycle viral ne sont pas encore clairement définis.Parmi les membres de la famille IFITM, IFITM3 est celui qui présente l’effet antiviral le plus systématique selon les différentes études. Il constitue donc un modèle de référence pour étudier la famille IFITM.Déterminer la structure ainsi que la topologie membranaire d’IFITM3 sous sa forme active rendrait alors possible la réalisation d’études fonctionnelles, dont les résultats contribueraient sans nul doute à élucider le(s) mécanisme(s) par le(s)quel(s) IFITM3 exerce son activité antivirale.C’est pourquoi, nous nous sommes tout d’abord attelés à reconstituer IFITM3 au sein de membranes artificielles (liposomes, nanodisques), car contrairement aux micelles de détergent, ces membranes artificielles peuvent mimer l’environnement natif des protéines membranaires et par conséquent, offrir de plus grandes chances de les y étudier sous leur forme active. Nous avons ensuite procédé à la caractérisation biochimique et biophysique d’IFITM3 et avons mis en évidence la formation de dimère de la protéine ainsi que de plus grandes espèces oligomériques. L’analyse structurale d’IFITM3 reconstituée en nanodisques par RMN nous a quant à elle permis d’identifier une courte région hélicoïdale dans la région N-terminale extramembranaire d’IFITM3 encore jamais décrite auparavant et pouvant correspondre à un motif d’internalisation. Nous avons en outre observé, par microscopie électronique à coloration négative, de potentiels effets d’IFITM3 sur la courbure de la membrane de liposomes qui pourraient être à l’origine de son action inhibitrice sur la fusion virale. Et enfin, nous avons montré au travers d’expériences TEVC que lorsqu’IFITM3 est présente dans l’environnement extracellulaire d’ovocytes de xénope, celle-ci est capable d’engendrer des fuites ioniques au travers de la membrane des ovocytes qui pourraient résulter soit, d’une déstabilisation de la membrane par IFITM3 soit, d’une formation de pores membranaires par la protéine. / The host cell first line of defence against viral infections induces the production of interferons. These interferons are then released in the surrounding medium where they bind to target cells and induce the expression of hundreds of genes so called interferon-stimulated genes (ISGs). The interferon inducible transmembrane proteins IFITM are part of the products of these ISGs. IFITM1, 2 and 3 are antiviral factors able to restrict the replication of a broad variety of enveloped viruses, such as influenza virus, HIV-1 (Human Immunodeficiency Virus) and Hepatitis C virus. These viruses enter in the host cell either by direct fusion with the cell membrane or by endocytosis. IFITM proteins contain two membrane regions for insertion or interaction with plasma and endolysosomal membranes where they block the fusion of virus particles with cellular membranes by a mechanism which is still undefined. In addition, their incorporation into new HIV virions, in virus producing cells, has been correlated with decreased infectivity.Among the IFITM protein family members, IFITM3 is the one showing the most recurrent antiviral effect in the different studies. Therefore it represents a good model to study the whole IFITM family.The determination of its structure and membrane topology is crucial to be able to clarify, through structure-based functional studies, the mechanism(s) by which IFITM3 interfere with the viral cycle.Here we characterized and we studied IFITM3 structure and membrane topology in a lipidic environment close to its native environment such as liposomes and nanodiscs. We demonstrated that IFITM3 can self-associate to form at least a dimer. Some higher order associations of IFITM3 have been observed after its reconstitution into liposomes and big size nanodiscs. We discovered by NMR in solution that the N-terminal region of IFITM3 contains a small helical region, never described until now, which could correspond to an internalization motif. We also observed by negative staining electron microscopy some liposomal membrane curvature changes that could be assigned to the presence of IFITM3 in these liposomes. And we discovered through TEVC experiments that IFITM3 addition in the extracellular environment of xenopus oocytes produces ion leaks through the oocyte membrane which could result either from membrane destabilization or from a pore formation.

APOBEC3A (Apolipoprotein B mRNA-editing enzyme catalytic polypeptide-like editing complex 3 A) appartient à la famille des cytidines désaminases, qui clivent les cytidines en uraciles. APOBEC3G (le modèle de la famille) est un facteur de restriction du VIH : son incorporation dans la particule virale lui permet de désaminer le génome viral néoformé, entrainant hypermutations et dégradation de l’ADN viral. A3A, au contraire, n’est pas incorporée dans la particule virale : la protéine, exprimée spécifiquement dans les cellules myéloïdes de façon inoffensive pour la cellule, agit de la même façon qu’A3G en s’attaquant au virus dès son entrée dans la cellule.Physiologiquement, dans les cellules non-myéloïdes, les APOBEC3 désaminent l’ADN cellulaire simple brin, dont les uraciles sont retirés par UNG2. Les sites abasiques sont clivés par la machinerie de réparation de l’ADN, conduisant parfois à des cassures double-brin et à la mort de la cellule.L’objectif de la thèse était de comprendre cette différence de comportement selon le type cellulaire. Pour cela, des lignées cellulaires inductibles pour A3A ont été créées en cellules HeLa et U937 (monocytaire). Les données obtenues indiquent qu’A3A, partiellement nucléaire, édite l’ADN des cellules en division, conduisant à des dommages à l’ADN, à la production d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) et à la mort des cellules. Les cellules différenciées ne présentent pas ce type de dommages, et cela s’explique par une localisation différente de la protéine. Ces résultats permettent de faire pour la première fois le lien entre dommages à l’ADN induits par un membre de la famille des A3 et production de ROS, et donc à l’induction d’une activation immunitaire. Cette activation pourrait avoir des implications dans l’infection ainsi que dans les processus tumorigéniques. / APOBEC3A (Apolipoprotein B mRNA-editing enzyme catalytic polypeptide-like editing complex 3 A) belongs to a family of cytidine deaminases that can edit cytidines to uraciles. APOBEC3G (model protein for the family) is a restriction factor for HIV: since it’s incorporated in the viral particle, it can deaminate the newly formed viral genome leading to hypermutation and viral DNA degradation.A3A is not incorporated in the viral particle: this protein is specifically expressed in myeloid cells where it is harmless for the cell and edits the DNA of the incoming viral particle in the same way than A3G.Physiologically, in non-myeloid cells, APOBEC3s deaminate single strand cellular DNA and the resulting uraciles are cut out by UNG2. These abasic sites are cleaved by the DNA repair machinery and can generate double strand breaks that will result in cell death.The objective of the thesis was to understand this difference of behaviour between different cell types. For that purpose, A3A-inducible cell lines were created in HeLa and U937 (monocytic) cells. The results obtained indicate that partially nuclear A3A edits the genomic DNA of cycling cells, leading to DNA damage, to the production of reactive oxygen species (ROS) and to cell death. Differentiated cells do not present this type of damage and that phenotype can be explained by a different localization of the protein.These results link for the first time DNA damage induced by a member of the A3 proteins family to ROS production and to induction of an immune activation. This activation could have implications in infection as well as in tumorigenic processes.

Le Virus de l'Hépatite B (VHB) infecte 350 millions d'individus à l'échelle mondiale. Il est responsable d'hépatites aigües pouvant évoluer vers la chronicité puis le carcinome hépatocellulaire. Le génome du VHB est constitué d'un ADN partiellement bicaténaire. De par sa nature, il pourrait être sensible à l'action de certaines nucléases cellulaires qui hydrolysent l'ADN double brin. Nous avons ainsi mis en évidence la capacité de la Désoxyribonuclase I (DNase I) à être incorporée dans les virions du VHB, ce qui permet la dégradation du génome viral et la diminution de son infectivité. La DNAse I est particulièrement surexprimée en hypoxie et pourrait contribuer à l'élimination du virus chez les individus cirrhotiques. Par ailleurs, nous avons montré que la cytidine désaminase APOBEC3DE appartenant à une famille de facteurs de restriction viraux possède un rôle proviral. En effet, son association avec APOBEC3F et APOBEC3G mène à une diminution de l'activité de ces dernières et ceci favorise la réplication du VHB. La formation d'hétérodimères APOBEC3DE/APOBEC3F et APOBEC3DE/APOBEC3G semble génèrer un encombrement stérique ne permettant pas l'encaspidation d'APOBEC3F et APOBEC3G, raison pour laquelle le génome du VHB est moins muté lorsqu'APOBEC3DE est exprimée. / Hepatitis B Virus (HBV) infects 350 millions people worldwilde. It triggers accute hepatitis that can turn into cirrhosis then hepatocellular carcinoma. HBV genome is composed of a partially double-stranded DNA.Thus, it could be targeted by some cellular nucleases that hydrolyze double-stranded DNA. We have highlighted that Deoxyribunuclease I (DNase I) can be incorporated into HBV virions and degrade its genome, leading to a loss of viral infectivity. Moreover, DNase I is upregulated under hypoxia which is a caracteristic of liver cirrhosis. DNase I could be involved in HBV elimination in cirrhotic patients. In an other study, we found that APOBECDE, a cytidine deaminase of the same family than some restriction factors, has a proviral activity. Indeed, association of APOBEC3DE with APOBEC3F or APOBEC3G leads to a loss of cytidine deaminase activity and a better viral replication. When APOBEC3DE is associated with those two proteins, APOBEC3F and APOBEC3G cannot be incorporated into HBV virions. This is the reason why HBV is more infectious when APOBEC3DE is expressed.

Viral protein U (Vpu) is an accessory protein of HIV‐1 that efficiently targets BST2/Tetherin, a cellular restriction factor that acts as molecular anchor impeding the release of various enveloped viruses from the cell surface. The recently discovered natural receptor of BST2 is ILT7, a molecule exclusively expressed at the surface of the professional type 1 interferon (IFN‐1) producing cells, plasmacytoid dendritic cells (pDCs). The interaction between BST2 and ILT7 has been reported to efficiently induce a repression of IFN­‐1 secretion by pDCs. Here, we investigated the impact of Vpu mediated antagonism of BST2, in regards to this newly described immune function of BST2. Using a system of CD4+ T cell lines infected with wild type or Vpu‐deficient HIV-­1 cultured with peripheral blood mononuclear cells or purified pDCs, we report that the presence of Vpu efficiently reduces IFN-­1 production from sensing pDCs. Furthermore, we observed that this Vpu effect is dependent on the availability of BST2 molecules at the surface of the infected cells, since the Vpu's immunoregulation is abrogated when blocking any potential BST2 trans interaction with anti­‐BST2 antibodies. Similarly, depleting ILT7 from pDCs by means of small interfering RNA treatment equally negates the downregulation of pDC IFN-­1 secretion by Vpu. Finally, the use of recombinant soluble ILT7 competes with pDC‐bound ILT7 for the free BST2 and similarly results in high IFN-­1 production, causing an identical phenotype. Overall, our results demonstrate that Vpu heightens ILT7 activation and subsequent repression of IFN‐1 production by pDCs in response to HIV­‐1 infected CD4+ T cells by promoting it's trans interaction with infected T cell bound BST2, through a yet uncharacterized mechanism. By allowing efficient particle release and restraining pDCs antiviral functions, Vpu exerts a double role on BST2 that seems crucial for the replication and dissemination of HIV‐1. / La protéine accessoire U (Vpu) du VIH‐1 cible efficacement BST2/Tetherin, facteur de restriction restreignant la relâche de divers virus enveloppés à même la surface cellulaire. Le récepteur naturel de BST2 récemment découvert est ILT7, une protéine exclusivement exprimée à la surface des cellules produisant l'essentiel de l'interféron de type 1 (IFN-­1) lors d'infections virales, les cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDCs). L'interaction entre BST2 et ILT7 réprime la production d'IFN‐1 des pDCs. Considérant le potentiel immunorégulateur de BST2 récemment décrit, nous avons entrepris d'évaluer cet aspect de l'antagonisme de Vpu sur BST2. À l'aide d'un système de co­‐culture entre une lignée de cellules T CD4+ infectée avec un virus exprimant ou n'exprimant pas Vpu et les cellules mononucléées du sang périphérique ou de pDCs purifiés, nous avons observé que Vpu est responsable d'une atténuation majeure de la sécrétion d'interféron de type 1 (IFN-­1) produite en réponse aux cellules infectées. La présence de molécules de BST2 de surface libres est essentielle à ce processus, puisque le bloc de toute interaction en trans de BST2 par des anticorps polyclonaux α­‐BST2 abroge l'effet de Vpu. Similairement, Vpu ne peut exercer cet effet lorsque ILT7 est déplété dans les pDCs à l'aide de petits ARN interférents. Enfin, l'introduction de protéines recombinantes solubles d'ILT7 dans le système de co-culture semble prévenir l'effet inhibiteur de Vpu, suggérant que Vpu exploite l'interaction de BST2 avec ILT7 pour moduler la sécrétion d'IFN-­1 des pDCs. En conclusion, nos résultats démontrent que Vpu exerce un contrôle sophistiqué de la production d'IFN‐1 par les pDCs en réponse aux lymphocytes T CD4+ infectés par le VIH-­1. Il semble ainsi que l'action de Vpu favorise, par un mécanisme encore méconnu, l'activation d'ILT7 à travers BST2. En effet, cette fonction de Vpu semble tout aussi dépendante de BST2 que de l'ILT7. En favorisant la relâche virale et en menant à l'inhibition de la réponse antivirale des pDCs, la régulation ciblée de BST2 par Vpu est non seulement cruciale à la dissémination du virus, mais aussi à sa réplication.

La drosophile est un excellent modèle pour l’étude des mécanismes moléculaires de l’immunité innée, y compris les virus. Elle a permis la caractérisation de mécanismes de défense immunitaire conservés au cours de l’évolution, tel que les voies Toll et IMD qui régulent l’expression des peptides antimicrobiens induits en réponse aux infections fongiques et bactériennes. Deux types de réponse sont impliqués dans le contrôle des infections virales chez la drosophile : une réponse inductible et l’ARN interférence. Nous avons montré que l’ARN interférence est un mécanisme global de défense antivirale puisqu’il contrôle l’infection par un virus à ADN, en plus des virus à ARN tel que le virus C de la drosophile (DCV). Le virus DCV, apparenté aux Picornaviridae, est un pathogène naturel de la drosophile. Nous avons également observé que la résistance de mouches contrôles à l’infection par le virus DCV est dépendante du fond génétique. Elle est d’ailleurs corrélée à des polymorphismes présents dans un gène porté par le chromosome III : le gène pastrel. Nos expériences de perte et gain de fonction indiquent que ce gène code pour un facteur de restriction viral, bloquant l’infection par le virus DCV mais aussi par le virus de la paralysie du cricket (CrPV). Cette restriction apparait dans les premières heures après infection. La région C-terminale de la protéine Pastrel est nécessaire à son activité antivirale ainsi qu’à sa localisation dans les cellules. La protéine Pastrel co-localise avec le Rouge de Nil, un marqueur des gouttelettes lipidiques. Ainsi, nos résultats suggèrent un lien entre le métabolisme lipidique et le blocage d’une infection virale chez la drosophile. / Since the discovery of the evolutionarily conserved TOLL and IMD pathways, involved in antifungal and antibacterial immune responses, the fruit fly Drosophila melanogaster is used as a model to study the molecular mechanisms of innate immunity. To defend against viral pathogens, Drosophila relies on two main facets: the RNA interference (RNAi) pathway and virus specific inducible responses. We show that the RNAi pathway plays a role in the control of a DNA virus, in addition to RNA viruses. We also observe that the fly genetic background can modulate the resistance to infection by Drosophila C virus (DCV), a natural pathogen of Drosophila. This resistance to DCV infection is correlated with polymorphisms in a gene named pastrel,localized on the left arm of the third chromosome. Our loss- and gain-of-function experiments indicate that pastrel encodes a molecule opposing infection by picorna-like viruses DCV and also Cricket Paralysis virus (CrPV), raising the question of the mechanism involved. This restriction appears early after infection. The Cterminal region of Pastrel protein is important for its antiviral activity and its localization in vesicular structures co-localizing with Nile Red staining, a marker for lipid droplets. Altogether, our data suggest a connection between lipid droplets and restriction of viral infection in Drosophila, as already described in mammals between the restriction factor Viperin, present on lipid droplets, and the replication of the human pathogen Hepatitis C Virus.