Une des caractéristiques du Virus de l’Immunodéficience Humaine de type 1 (VIH-1) est sa diversification génétique extensive, qui lui permet d’échapper au système immunitaire. Néanmoins, il est nécessaire que le taux de mutation requis pour à cette évolution rapide ne compromette pas la fonctionnalité de ses protéines. Les travaux présentés ici ont eu pour objectif l’étude des réseaux de coévolution qui composent les glycoprotéines d’enveloppe (Env) afin de comprendre les règles qui sous-tendent leur évolution. Il a été mis en évidence que les régions variables de ces protéines, grâce à leur flexibilité structurelle, peuvent aussi servir à faciliter l’incorporation de mutations touchant les régions plus constantes. De plus, un réseau de coévolution impliqué dans les changements de conformations nécessaires à l’activité de Env a été identifié, soutenant le fait que ces régions variables ont un rôle central dans ces changements. Ces études démontrent le rôle crucial joué par les régions variables en dévoilant un nouvel aspect de leur contribution à l’évolution du VIH-1. / The Human Immunodeficiency Virus type 1 (HIV-1) is characterized by an extensive genetic diversification of its strains that allows the virus to escape the immune system. However, the mutation rate needed for this rapid evolution must not compromise the functionality of the viral proteins. The aim of the work presented here has been to study the coevolution networks that constitute the envelope glycoproteins (Env) in order to understand the rules driving their evolution. The results have highlighted that variable regions, thanks to their structural freedom, can facilitate the incorporation of mutations in more constant regions. Moreover, a coevolution network involved in the conformational changes required for the activity of Env has been identified, underlining the central role played by variable regions in these processes. Besides underscoring the crucial role played by variable regions in the functionality of Env, these studies unveil a new aspect of their contribution to HIV-1 evolution.

Lors de la transmission sexuelle du VIH-1, un seul ou un nombre très limité de variants viraux sont transmis parmi ceux présents chez le donneur. Il est important de comprendre si le variant transmis est sélectionné aléatoirement parmi ceux présents chez le donneur ou s’il possède un avantage sélectif qui le prédispose à établir plus efficacement une nouvelle infection. Lors de nos différents travaux, nous avons pu observer chez quatre patients une évolution parallèle des propriétés génétiques, antigéniques et fonctionnelles de la glycoprotéine d’enveloppe au cours de l’infection. L’évolution de certaines propriétés est répercutée à l’échelle populationnelle. Néanmoins nous avons montré que malgré ces évolutions, les virus transmis au sein d’une même chaîne de transmission présentent des propriétés biologiques conservées. L’ensemble de nos résultats vont en faveur d’une sélection d’un variant viral avec des propriétés particulières lors de la transmission. De plus le variant transmis possède une région V3 particulièrement conservée associée à un tropisme CCR5, une sensibilité au Maraviroc et semble avoir besoin d’un taux élevé de CD4 à la surface de la cellule cible. / During HIV-1 sexual transmission, a single virus among the numerous viral variants present in the donor is transmitted most often. The key question is to understand if transmitted variants are randomly selected among variants from the donor or they have biological properties that predispose them to establish more efficiently a new infection. We observed a parallel evolution of genetic, antigenic and functional properties of the envelope glycoprotein in four patients during the infection. In addition, the evolution of some properties is also observed at the populational level. However, we showed that transmitted variants from a same transmission chain share similar biological properties. Together our results suggest that the transmission bottleneck is mainly non-stochastic and involves the selection viral variants harboring specific phenotypic properties. Despite transmitted variants have a conserved V3 region associated with a CCR5 tropism, sensitivity to Maraviroc and seem to require high level of CD4 to efficiently infect target cells.

Lors de la primo-infection, la plupart des patients infectés par le VIH-1 développent des anticorps neutralisants autologues dirigés contre la glycoprotéine d’enveloppe virale. Ces anticorps exercent une pression de sélection conduisant à l’apparition de variants d’échappement. Nous avons montré que cette pression de sélection se répercute à l’échelle populationnelle, le VIH-1 en tant qu’espèce s’étant adapté au cours de l’épidémie à la réponse immunitaire de la population humaine en devenant de moins en moins sensible aux anticorps neutralisants. Cette adaptation du VIH‐1 a un impact sur les propriétés fonctionnelles de l’enveloppe. Nous avons ainsi observé une augmentation de l’infectivité associée à une augmentation de la cinétique d’entrée des virus qui circulent actuellement. Les virus contemporains montrent également une plus grande résistance à l’enfuvirtide, un inhibiteur de fusion, associée à une meilleure utilisation du co-récepteur CCR5 ainsi qu’une résistance accrue à l’inhibiteur du CD4 M48U1. L’ensemble de nos résultats est en faveur d’une adaptation progressive de l’espèce virale du VIH-1 à son hôte au cours de l’épidémie. / Most of HIV-1 infected patients develop autologous neutralizing antibodies against the viral envelope glycoprotein during primary infection. These antibodies exert a selective pressure that leads to the selection of escape variants. We showed that HIV-1 evolved at the population level towards an enhanced resistance to antibody neutralization over the course of the epidemic, subsequently to the selective pressure exerted by the individual autologous neutralizing antibodies responses. This antigenic drift has an impact on the functional properties of the viral envelope. We showed an increasing infectivity associated with an increasing entry kinetic of the most recently transmitted viruses. The contemporary viruses are also more resistant to the inhibitor of fusion enfuvirtide, related to a better use of the CCR5 co-receptor as well as a progressive increasing resistance to the CD4 inhibitor M48U1. Together our results are in favor of a progressive adaptation of HIV-1 species to humans over the course of the epidemic.

Le VIH-1 est l'agent infectieux qui cause le SIDA. De nombreuses thérapies existent pour combattre le SIDA mais aucune ne permet son éradication et des résistances apparaissent. Le développement de nouvelles thérapies est donc nécessaire. Les anticorps simple-domaine (sdAb) de lamas présentent les propriétés idéales pour le développement de molécules neutralisantes. Des lamas ont donc été immunisés avec Vpr et les formes native, ou induite par un miniCD4, du trimère de gp140 (partie extracellulaire de l'enveloppe (Env)). Des banques de sdAbs ont ensuite été construites et des sélections par phage display et par double hybride ont été réalisées. Trois sdAbs se liant au site de liaison du co- récepteur de l'Env et un sdAb se liant au site de liaison du CD4 ont ainsi été sélectionnés. Ces sites sont conservés mais difficile d'accès pour des immunoglobulines conventionnelles. Ces sdAbs ont ensuite été caractérisés par ELISA, SPR et cytométrie de flux pour leur capacité de liaison à différentes Env, et en « single round assay » pour leur capacité de neutralisation d'un large spectre (LS) de pseudovirus. Des protéines multidomaines (plusieurs sdAbs reliés par un linker) ont ensuite été construites et testées pour leur neutralisation. Plusieurs de ces molécules, neutralisant un LS de virus, pourraient être utilisées dans des microbicides. La stabilité caractéristique des sdAbs, même en absence de formation de pont disulfure, par exemple dans un environnement réducteur tel que le cytoplasme, est primordiale dans le développement d'anticorps intracellulaires (intrabodies). / HIV-1 is the infectious agent of AIDS. Numerous therapies exist to fight AIDS, but they are not able to eradicate it, and resistances appear. So, new therapy development is necessary. Single-domain antibodies (sdAb) of llamas have ideal properties to develop neutralizing molecules. So, llamas have been immunized with Vpr and with free or miniCD4 induced trimeric gp140 (extracellular part of the envelope (Env)). SdAb libraries have been built and selections were done by phage display and yeast two hybrid. Three sdAbs targeting the co-receptor binding site of the Env and one sdAb targeting the CD4 binding site have been selected. These sites are conserved but inaccessible by conventional immunoglobulins. These sdAbs have been characterized by ELISA, SPR and FACS for their ability to bind different Env and by single-round assay for their neutralization ability. Multimeric proteins (linked sdAbs) have been built and tested for their neutralization ability. Several of these molecules are able to neutralize a broad spectrum of pseudoviruses. They can be used in microbicides. The characteristic stability of these sdAbs, even without disulfide bound formation, ie into reducing environment, as the cytoplasm, is primordial for intracellular antibody (intrabody) development. One sdAb anti-Vpr has been selected using the Sos Recruitment System (SRS), an yeast two-hybrid system allowing detection of cytoplasmic protein-protein interactions. This sdAb is able to alter the localization of its antigen into eukaryotic cells. It is a proof of concept ot the use of SRS in the selection of intracellularly functional sdAbs.

Le virus de l’hépatite C (VHC) est l’une des causes majeures de cirrhose du foie et de carcinome hépatocellulaire. Au courant de la première partie de ma thèse, nous nous sommes intéressés à caractériser plus en détail le rôle de SR-BI dans l’infection par le VHC. Bien que les mécanismes impliquant SR-BI dans la liaison du virus à l’hépatocyte aient été partiellement caractérisés, le rôle de SR-BI dans les étapes suivant la liaison du VHC reste encore largement méconnu. Afin de mieux caractériser le rôle de l’interaction VHC/SR-BI dans l’infection par le VHC, notre laboratoire à généré une nouvelle classe d’anticorps monoclonaux anti-SR-BI inhibant l’infection virale. Nous avons pu démontrer que SR-BI humain jouait un rôle dans le processus d’entrée du virus à la fois lorsde l’étape de liaison du virus à la cellule hôte mais aussi au cours d’étapes suivant cette liaison. Ainsi il serait intéressant de cibler cette fonction de SR-BI dans le cadre d’une stratégie antivirale pour lutter contre l’infection parle VHC. Dans la seconde partie de ma thèse, nous avions pour but de caractériser les mécanismes moléculaires intervenant dans la réinfection du greffon lors de la transplantation hépatique (TH). Nous avons ainsi identifiés 3 mutations adaptatives dans la glycoprotéine d’enveloppe E2 responsables de l’entrée virale augmentée du variant hautement infectieux. Ces mutations influent sur la dépendance au récepteur CD81 du VHC résultant en une entrée virale accrue. L’identification de ces mécanismes va nous permettre une meilleure compréhension de la pathogénèse de l’infection par le VHC, et est un premier pas pour le développement d’une stratégie préventive antivirale ou vaccinale. / Hepatitis C virus (HCV) is a major cause of liver cirrhosis and hepatocellular carcinoma. In the first part of my PhD, we aimed to further characterize the role of scavenger receptor class B type I (SR-BI) in HCV infection. While the SR-BI determinants involved in HCV binding have been partially characterized, the post-binding function of SR-BI remains remained largely unknown. To further explore the role of HCV-SR-BI interaction during HCV infection, we generated a novel class of anti-SR-BI monoclonal antibodies inhibiting HCV infection. We demonstrated that human SR-BI plays a dual role in the HCV entry process during both binding and post-binding steps. Targeting the post-binding function of SR-BI thus represents an interesting antiviral strategy against HCV infection. In the second part of my PhD, we aimed to characterize the molecular mechanisms underlying HCV re-infection of the graft after liver transplantation (LT). We identified threeadaptive mutations in envelope glycoprotein E2 mediating enhanced entry and evasion of a highly infectious escape variant. These mutations markedly modulated CD81 receptor dependency resulting in enhanced viral entry. The identification of these mechanisms advances our understanding of the pathogenesis of HCV infection and paves the way for the development of novel antiviral strategies and vaccines.

Un obstacle important dans l’éradication du virus de l’immunodéfience humaine (VIH-1) est l’établissement de réservoirs viraux où le virus reste à l’état latent ainsi que l’absence de vaccin efficace. Bien que les molécules antivirales actuelles permettent d’augmenter l’espérance de vie des personnes vivant avec le VIH-1 (PLWH) ainsi que de diminuer la réplication virale chez cellesci, elles ne contribuent pas à l’élimination de ces réservoirs. La hausse de résistance envers ces molécules inhibitrices nécessite le développement constant de nouvelles molécules. L’une d’entre elles, temsavir (BMS-626529), est un nouvel inhibiteur d’attachement approuvé par la FDA depuis 2020. Sa cible, la glycoprotéine d’enveloppe (Env), est le seul antigène viral présent à la surface des cellules infectées et des virions, représentant donc la cible idéale des anticorps. L’Env mature se trouve sous forme d’hétérodimère (gp120 et gp41) suite au clivage de son précurseur gp160. Temsavir lie sous la boucle β20-β21 de la gp120 et prévient donc, par compétition, l’interaction entre l’Env et le récepteur CD4 de l’hôte. En plus de son rôle en tant qu’inhibiteur d’attachement, temsavir permet de stabiliser le trimère dans sa conformation dite «fermée». Un ancien analogue de temsavir, BMS-806, a montré réduire l’addition de glycans ainsi que de diminuer le clivage du précurseur gp160. Nos études démontrent que temsavir possède également un impact sur ces mécanismes impliqués dans la maturation et la flexibilité de l’Env de plusieurs souches du VIH-1. De ce fait, nous avons investigué l’effet de cette altération sur la conformation des différentes Env. Nos observations montrent que l’effet de temsavir sur le clivage protéolytique est associé à une diminution de la reconnaissance de l’Env par des anticorps ciblant différentes régions de celle-ci. Cette modification de la reconnaissance de l’Env est également associée à l’efficacité de la réponse cytotoxique cellulaire dépendante des anticorps (ADCC) à éliminer les cellules infectées. Les résultats présentés dans ce mémoire, notamment l’effet de temsavir sur la conformation de l’Env, devrait être considéré lors du développement d’immunothérapies ciblant le réservoir viral. / An important obstacle in the eradication of the human immunodeficiency virus (HIV-1) is the establishment of viral reservoirs where the virus remains in a latent state and the absence of a potent vaccine. Although current antiretroviral molecules increase the life expectancy of people living with HIV-1 (PLWH) as well as reduce viral replication, they do not contribute to the elimination of these reservoirs. Also, the increase in drugs resistances towards these inhibitory molecules requires the constant development of new molecules. One of them, temsavir (BMS-626529), is a new attachment inhibitor approved by the FDA since 2020. Its target, the envelope glycoprotein (Env), is the only viral antigen present at the surface of infected cells and virions and thus, is also the main target of antibodies. This mature Env consists of three gp120-gp41 heterodimers after the proteolytic cleavage of its gp160 precursor. Temsavir binds under the β20-β21 loop of gp120 and prevents the interaction between Env and the host CD4 receptor. In addition to its role as an attachment inhibitor, temsavir stabilizes the trimer in its "closed" conformation. A previous analog of temsavir, BMS-806, has been shown to affect the addition of glycans as well as the cleavage of the gp160 precursor. Our studies demonstrate that temsavir also has an impact on these mechanisms involved in the maturation and flexibility of Env of several strains of HIV-1. Therefore, we investigated the effect of this alteration on the conformation of different Env. Our observations showed that the effect of temsavir on proteolytic cleavage is associated with a decrease in Env recognition by antibodies targeting different regions of Env. This modification in Env recognition also appears to be associated with the efficacy of antibody to mediate potent antibody-dependent cellular cytotoxicity (ADCC) against infected-cells. The results presented in this master thesis, should be considered when developing immunotherapies aimed at targeting the viral reservoir in Fostemsavir-treated individuals.