Environ 8% du génome humain est constitué de rétrovirus endogènes (HERV). La famille de bétarétrovirus HERV-K(HML2), l'une des plus actives chez l'homme, est entrée il y a 45 millions d'années dans le génome des primates et s'est amplifiée efficacement depuis, et ce malgré l'existence de nombreuses protéines cellulaires, appelées facteurs de restriction, qui s'opposent à la réplication du virus dans la cellule hôte. La Tetherin/BST2, l'un d'entre eux, est une protéine membranaire capable de bloquer le relargage des virions dans le milieu extracellulaire et est active sur la plupart des virus enveloppés testés jusqu'à présent, en particulier HERV-K(HML2). Nous avons tout d'abord mis en évidence que l'enveloppe (Env) de la famille HML2 est un antagoniste de la Tetherin, propriété qui a pu contribuer au succès de l'amplification de la famille HERV¬K(HML2) dans les génomes. Plusieurs domaines de l'enveloppe coopèrent pour s'opposer à l'action du facteur de restriction : la SU (domaine d'interaction), ainsi que la partie transmembranaire, alors que la queue cytoplasmique n'est pas indispensable. Le mécanisme de cette inhibition n'a pas été encore complètement élucidé, mais l'on sait, comme pour la glycoprotéine d'Ebola, que l'Env HERV-K(HML2) n'induit ni relocalisation, ni dégradation de la Tetherin. Etant donné le grand polymorphisme insertionnel de la famille HERV-K(1-IML2), il est très probable que cette activité anti-Tetherin endogène soit variable entre les individus, ce qui pourrait avoir des conséquences dans les pathologies où les éléments HERV-K(HML2) sont spécifiquement induits. Parmi ces pathologies, les cancers de la peau, du sein et de la lignée germinale présentent une association particulièrement forte avec l'expression de l'Env HERV-K(HML2), que nous avons voulu mieux comprendre dans la suite de ces travaux de thèse. Nous avons dans un premier temps montré que l'expression de l'Env dans des cellules humaines non transformées de l'épithélium de sein (MCF10A), induit la transition vers un phénotype mésenchymateux (EMT, transition épithélio-mésenchymateuse), caractéristique de l'apparition de métastases dans les cancers. Cette transition est associée à une augmentation de la mobilité des cellules (mise en évidence dans des tests Transwell), à un changement de morphologie des cellules et à une modification du profil d'expression de quelques marqueurs moléculaires caractéristiques (E-cadherin, N-cadherin, vimentin, fibronectin). Grâce à une étude transcriptomique en cellules 293T, nous avons mis en évidence que l'expression de l'Env HERV-K induit fortement plusieurs facteurs de transcription : ETV4, ETVS, ainsi que EGR1, qui ont été identifiés comme des marqueurs du processus de tumorigénèse dans différents modèles. Nous avons également montré que l'Env HERV-K active la voie des MAP kinases via ERK 1/2 —dérégulée dans un grand nombre de cancers- en amont de la kinase Raf. Ces phénomènes d'induction de la transduction de signal requièrent la présence de la queue cytoplasmique de l'enveloppe. De façon remarquable, seule l'enveloppe du bétarétrovirus de mouton JSRV, oncogénique in vivo, est capable d'activer les mêmes voies de signalisation, ce qui renforce l'hypothèse d'une implication de l'Env HERV-K(HML2) dans la tumorigenèse. / Human endogenous retroviruses (HERV) represent about 8% of our genomic content. HERV-K(HML2) betaretroviral family is one of the most active in humans. Although it entered 45 million years ago in the primate genomes, its members have amplified quite recently despite the existence of restriction factors, which are host proteins blocking viral replication in cells. Tetherin/BST2 is one of them and acts by keeping the viral particles attached to the cell surface. It targets most enveloped viruses tested so far including HERV-K(HML2). We show that the envelope protein (Env) of HML2 family is an antagonist of Tetherin retriction, property that probably helped the endogenous retrovirus to efficiently amplify in the genomes. We mapped several domains required for antagonism : the surface subunit of Env (SU), which interacts with Tetherin, and the transmembrane. We also show that the cytoplasmic tail is dispensable for counteraction. Similar to Ebola glycoprotein, HERV-K(HML2) Env does not mediate Tetherin degradation or cell surface removal; therefore, it uses a yet-undescribed mechanism to inactivate the restriction factor. Due to their recent amplification, HERV-K(HML2) elements are extremely polymorphic in the human population, and it is likely that individuals will not all possess the same anti-Tetherin potential. This could have functional consequences in pathologies where HERV-K(HML2) is specifically induced. Among them, melanomas, breast cancers and germ line tumors display a strong association with HML2 Env expression, that we wanted to better analyse. We first show that Env expression in a model of epithelial human breast cancer cells induces the so-called EMT (epithelial mesenchymal transition), critical for cancer progression and the process of metastasis. This includes enhanced migratory capacities (shown by transwell assays), changes in cell morphology and characteristic modifications in a set of molecular markers (e.g. E-cadherin, N-cadherin, vimentin, fibronectin). Microarray experiments performed in 293T cells revealed that HERV-K(HML2) Env is a strong inducer of several transcription factors, namely ETV4, ETVS and EGRI, which have been associated with cellular transformation. Importantly, we also show that HERV-K(HML2) Env activates the MAP kinase pathway via ERK 1/2, key player in numerous cancers. This induction occurs upstream of the kinase Raf and involves the cytoplasmic tail of HERV-K(HML2) Env. In addition, this phenomenon is very specific, being absent with every other Env tested, except for JSRV Env which is already known to have transforming properties in vivo.

L’infection par le virus de l’hépatite B (HBV) est problème majeur de santé publique mondial car, en dépit d’un vaccin efficace, les traitements curatifs actuels ne permettent pas l’élimination complète du virus. Comprendre les mécanismes de réplication du virus et son rôle dans la survenue du cancer hépatocellulaire (CHC) reste un enjeu majeur.Le rôle de la protéine HBx dans l’infection par HBV et l’oncogenèse viro-induite, reste mal connu, malgré un grand nombre de publications, car les fonctions décrites jusqu'alors sont limitées à des contextes d’études particuliers, souvent loin des conditions physiologiques.Mes travaux de thèse reposent sur l’utilisation de modèles d’études proches de la physiologie naturelle d’une infection par HBV, notamment des cellules primaires infectables in vitro. J’ai pu démontrer lors de mon étude que HBx est indispensable à la réplication de HBV, et qu’il agit essentiellement via son interaction avec DDB1 pour contrer la restriction du virus due au complexe SMC5/6, en induisant sa dégradation. Ce facteur de restriction permet de bloquer la transcription de l’ADN viral au niveau épigénétique. Ce nouveau rôle inattendu de SMC5/6 ouvre de nombreux axes de recherche, notamment sur les mécanismes de restriction des virus à ADN épisomal. SMC5/6 est connu pour son implication dans les voies de réparation de l’ADN : la dernière partie de ce manuscrit montre que sa dégradation dans les cellules infectées, altère ces mécanismes et sensibilise les cellules aux dommages à l’ADN, induits notamment par la radiothérapie. La présence de HBx dans les CHC pourrait ainsi s’avérer un atout pour le traitement du CHC / Hepatitis B virus (HBV) infection is a major health problem worldwide as (1) despite an effective preventive vaccine over 240 million individuals are chronically infected and (2) the actual viral suppressive treatments available do not eliminate viral DNA from cells. Thus, infected individuals are at a high risk of developing hepatocellular carcinoma (HCC) and understanding viral replication mechanisms and how it impacts on hepatocarcinogenesis is a major challenge.The role of the HBx protein, notably in viral replication and oncogenic processes, is the subject of many publications. However, many studies have often used non-physiological infection conditions. My thesis project has addressed these limitations by using cellular models, including primary human hepatocytes which can be infected by HBV, to investigate HBx’s role in these processes. I have shown that HBx is indispensable for HBV replication and that HBx associates with the infected cell’s DDB1/ E3 ubiquitin complex to target its Smc5/6 complex for degradation via the proteasome. These studies have identified that the Smc5/6 complex is a novel viral restriction factor that acts at an epigenetic level to block viral replication. This unexpected role of SMC5/6 has led to new research into the evolutionary conservation of restriction factors for episomal DNA viruses. As SMC5/6 is implicated in DNA Damage Repair (DDR), the last section of my thesis reports how SMC5/6 degradation in infected cells can sensitise cells to the cell killing effects of DNA damaging agents such as ionizing radiation and hydroxyurea. These results open-up possibilities for HCC treatment where HBx expression may be of therapeutic benefit

La protéine Vif (Viral infectivity factor) joue un rôle essentiel dans la réplication virale et dans le pouvoir infectieux du VIH-1. Elle est aussi qualifiée de « protéine de contre-défense » car elle neutralise un facteur cellulaire à action antivirale, APOBEC3 en recrutant le complexe de la E3 ubiquitine ligase formé de CBFβ/EloB/EloC/Cul5/Rbx2, qui va entrainer sa polyubiquitinilation et sa dégradation. APOBEC3 comprend une famille de protéines présentes dans les mammifères et capable d'induire des mutations dans l'ADN viral.La structure tridimensionnelle des molécules et complexes macromoléculaires étant intimement liée à la fonction, il est primordial de connaître la place d’A3G/F dans le complexe Vif-CBFβ-EloB-EloC ainsi que les détails des interactions entre Vif et A3G/F, ceci dans une perspective thérapeutique.La co-expression des différentes protéines de ce complexe a été réalisée dans deux systèmes d’expression : bactérien (E. coli) et eucaryote (BHK21) dû au manque de solubilité d’APOBEC et de la difficulté de sa cristallisation. Une fois les protéines exprimées et le complexe Vif-CBFβ-EloB-EloC-A3G/F formé dans les deux systèmes, des tests de cristallisation et des études structurales seront réalisés pour caractériser la structure et la fonction des protéines.Dans E. coli, j’ai réussi à obtenir le complexe Vif/CBFβ/EloB/EloC/Cul5 in vivo et in vitro de manière soluble, pure, monodisperse ainsi qu’en quantité adéquate avec les études biophysiques envisagées. Par contre, je n’ai pas réussi à surexprimer A3G. En passant dans les cellules de hamster BHK21 et en appliquant la technique du virus de la vaccine, nous avons réussi à obtenir le complexe Vif-CBFβ-EloB-EloC-A3G/F mais en quantité insuffisante pour la cristallisation.Les perspectives de ce projet seront d’améliorer : (1) les rendements du complexe pour des tests de cristallisation et (2) la pureté du complexe pour réaliser la cryo-microscopie électronique. / APOBEC3 are human antiviral cytidine deaminase and RNA/DNA-editing enzymes that belong to the innate immune defense system, targeting retroviruses or retrotransposons. Among all APOBEC3 proteins, hA3B, hA3C, hA3DE, hA3F and hA3G are able to interfere negatively with HIV-1 infectivity: they induce a deamination of dC to dU in the minus strand DNA, resulting in G to A hypermutation in the plus strand DNA. This hypermutation results either into a degradation of U-rich DNA strands by the uracyl-DNA glycosylase or into the production of aberrant viral protein. In addition, a deaminase-independent mechanism is able to inhibit the HIV-1 reverse transcription through a yet unknown mechanism.To evade the host defense system, HIV expresses the virion infectivity factor, Vif, which causes the degradation of APOBEC3G by the proteasome by recruiting the E3 ubiquitin ligase complex composed of the CBFβ, EloB, EloC, Cullin5, Rbx2 proteins. The goal of this study will be the determination of the X-ray structure of the Vif/APOBEC-3 complex. Understanding this molecular recognition might be useful to direct structure-based design of anti-HIV drugs that act by inhibiting the action of Vif and lead to new anti-HIV drugs.To overcome the solubility problems of Vif and APOBEC3G/F, a co-expression strategy had been applied with the different E3 ubiquitin ligase proteins both in prokaryotic (E. coli) and eukaryotic (BHK21) systems. Once the complex obtained, we will perform several structural and biophysical studies as well as crystallization trials.In E. coli, I managed to obtain the Vif/CBFβ/EloB/EloC/Cul5 complex in vivo and in vitro, soluble, monodisperse and in good quantities for structural studies. The protein A3G was not obtained in E. coli even by co-expression with the complex.On the other side, I succeeded in obtaining the polyprotein Vif-CBFβ-EloB-EloC-A3G/F complex in the hamster cells (BHK21) by applying the vaccinia virus strategy. Optimizing the yield and the purity is necessary for crystallization and more structural studies.

Le virus de l’immunodéficience humaine (VIH), responsable du syndrome de l’immunodéficience acquise (SIDA), a touché environ 70 millions d’individus, dont environ la moitié en sont morts. Bien qu’il existe aujourd’hui des traitements efficaces pour prévenir la progression du SIDA, il n’y a actuellement ni vaccin, ni traitement qui ne guérisse complètement. Les cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDC) permettent de limiter l’établissement de l’infection en sécrétant des quantités importantes d’interféron de type I (IFN-I) en réponse à la détection du VIH. L’IFN-I permet non seulement d’établir un environnement antiviral, mais aussi d’amorcer la réponse immunitaire innée. Cette réponse des pDCs est régulée notamment par le récepteur immunoglobulin-like transcript 7 (ILT7) dont l’activation par son ligand, bone marrow stromal antigen 2 (BST2), réprime la production d’IFN. BST2 est par ailleurs un facteur de restriction du VIH-1 qui agit en retenant les particules virales à la surface des cellules infectées, limitant ainsi la dissémination du virus. La protéine accessoire Vpu du VIH-1 contrecarre l’action de BST2 sur la relâche virale par une régulation négative des niveaux de surface et par un déplacement hors des sites d’assemblages viraux. Ce déplacement, qui permet l’activation d’ILT7 par BST2, a un rôle double, soit d’augmenter la relâche virale par les cellules infectées, mais aussi de limiter la production d’IFN-I par les pDCs. Par une analyse de variants de Vpu provenant de souches pandémiques et non pandémiques du VIH-1, cette étude indique que cette fonction de Vpu est majoritairement associée au groupe pandémique M avec l’exception notable du sous-groupe C, responsable d’environ la moitié des infections mondiales. Ce phénotype des variants du sous-groupe C est associé à une incapacité à déplacer BST2 dans des cellules T infectées. Des analyses fonctionnelles où des cellules infectées détectées par des pDCs révèlent cependant que les protéines Vpu incapables d’augmenter l’activation d’ILT7 médiée par BST2 ont possiblement développé d’autres mécanismes pour limiter la production d’IFN-I par les pDCs, par exemple la limitation des contacts entre les cellules infectées et les pDCs afin de réduire la détection. / Human immunodeficiency virus (HIV), which is responsible for acquired immune deficiency syndrome (AIDS) has infected over 70 million people, approximately half of which have died from the illness. While there are treatments today that can prevent progression towards AIDS, there is currently no vaccine and no treatment that would completely cure people living with HIV. Plasmacytoid dendritic cells (pDC) limit the establishment of the infection by producing large amounts of type-I IFN (IFN-I) after sensing HIV. IFN-I not only establishes an antiviral environment, but also initiates the innate immune response. This pDC response is regulated, in part, by the pDC-specific receptor immunoglobulin-like transcript 7 (ILT7), which inhibits IFN-I production, upon engagement of its ligand, bone marrow stromal antigen 2 (BST2). BST2 is also an HIV host restriction factor that tethers budding virions at the surface of the infected cell, to limit spread. The HIV-1 accessory protein Vpu counteracts BST2’s restriction through downregulation at the cell surface and displacement away from viral assembly sites. This displacement, which enables ILT7 activation, has a double role: relieving the restriction by BST2 on viral release and repressing IFN-I by pDCs. We screened Vpu variants from pandemic and non-pandemic HIV-1 strains, and found that this function is mostly present in the pandemic group M, although not in variants from clade C which are responsible for half of the global infections. This phenotype in the clade C variants tested was associated with an inability to efficiently displace BST2 in infected T cells. Functional analyses in sensing assays, however, reveal that Vpu variants unable to enhance BST2-mediated ILT7 activation may have evolved compensatory mechanisms to dampen IFN-I production by p