Le virus de l’influenza infecte chaque année des millions d'humains ce qui a des impacts pour l’économie et entraîne le décès de nombreux individus. Le virus possède une grande capacité d'adaptation ce qui lui permet de revenir à chaque année sous forme de grippe saisonnière et occasionnellement de causer des pandémies dévastatrices. Cette capacité mutagène du virus est également la cause de résistance aux traitements pharmacologiques disponibles et encourage la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques. L'activation de l’hémagglutinine du virus est une des cibles potentielles puisqu’elle permet la fusion de la protéine avec la membrane endosomale de l’hôte. La capacité de cliver l’hémagglutinine virale de certaines enzymes membres du groupe des protéases à sérine transmembranaires de type II (TTSP), particulièrement de la matriptase, a été explorée. Les résultats obtenus démontrent que la matriptase et plusieurs autres enzymes du groupe des TTSP sont exprimées dans l'épithélium bronchique humain. La matriptase et d'autres TTSP peuvent cliver des peptides correspondant aux séquences de clivage de l’hémagglutinine des virus de l’influenza présentement en circulation. Également, la matriptase clive de façon efficace des peptides correspondant aux séquences de clivage de l’hémagglutinine de virus de l’influenza aviaires hautement pathogéniques. En plus d'être efficace in vitro, l’enzyme possède aussi la capacité de cliver et d'activer de façon protéolytique l’hémagglutinine de virus H1N1 mais pas celle de virus H3N2 dans des modèles cellulaires d'épithélium bronchique. La microscopie confocale a également montré la colocalisation du virus de l’influenza avec la matriptase dans les endosomes lors de l’entrée du virus dans la cellule. L'utilisation de la technique d'ARN interférents contre la matriptase dans un modèle cellulaire a permis de réduire la réplication d'un virus H1N1 par 1,5 log. Le fort potentiel thérapeutique des inhibiteurs de protéases dans le traitement de l’influenza a aussi été démontré par l’utilisation de deux inhibiteurs sélectifs de la matriptase dans des modèles cellulaires d’infection. L'utilisation de l’inhibiteur IN-1 a permis de réduire de 50% la réplication d'un virus H1N1 à une concentration de 5,6 ?M. L'étude démontre donc que la matriptase est importante à la réplication des virus du sous-type HINI et que son inhibition permet une réduction significative de la charge virale ce qui ouvre la porte à de nouvelles possibilités de thérapies pour les cas sévères d'influenza.

Le titre sérique d'anticorps anti-hémagglutinine (HA) est reconnu comme corrélat de la protection à l'infection grippale. Cette thèse examine le rôle du titre d'anticorps HA comme corrélat de protection dans le contexte d'une seule infection, puis considère l'effet des expositions répétées sur la réponse immunitaire.Premièrement, l'association entre l'infection grippale par le virus A(H1N1)pdm09 et 167 variables a été explorée. Cette étude montre l'interaction complexe de facteurs qui influent sur le risque d'infection: les titres d'anticorps pré-épidémiques sont protecteurs, mais des facteurs tels que les comportements collectifs peuvent avoir un rôle important. Deux travaux réalisés dans le cadre de ce projet de thèse se basent sur les sérologies d'une cohorte française. Nous avons trouvé un association entre le titre d'anticorps dirigés contre le virus circulant 2007 A(H1N1) et le risque d'infection, la protection associée à ce titre variant avec l'âge. Une étude sur l'évolution du titre d'anticorps montre que celui-ci peut rester élevé jusqu'à deux ans après l'infection. Afin d'étudier les conséquences des expositions aux virus grippaux, nous avons modélisé les titres d'anticorps en fonction de l'âge des sujets lors de la circulation initiale de virus: la réponse immunitaire la plus importante concernant les souches A(H1N1) auxquelles les sujets ont été exposés pendant l'enfance. Ces études soutiennent l'utilisation du titre d’anticorps comme corrélat immunitaire de protection et suggèrent que d'autres facteurs peuvent influencer l'immunité anti-grippale. L'interprétation de la sérologie et les sérologiques d'homologation du vaccin devraient être indépendants de l'âge. / Hemagglutination inhibition (HI) antibody titer is widely recognized as the main immune correlate of protection against influenza infection. This thesis examines the role of HI titer as a correlate of protection in the context of a single infection, and then considers the effect of repeated exposures on the immune response.HI titer was first studied among 167 covariates in an exploratory analysis to identify determinants of A(H1N1)pdm09 infection using data from a cohort of 601 households representative of the general population. This study shows the complex interaction of factors influencing risk of infection; results suggest that pre-epidemic HI titers are protective and factors such as collective behaviors may also have an important role.Two studies were based on data from a cohort investigating determinants of recurrent influenza infection. The relationship between HI titer and protection against natural seasonal 2007 A(H1N1) infection was explored; the age-adjusted model suggests differences in the HI protection curve according to age group. Longitudinal analysis suggests that recent seasonal infection may have protected against A(H1N1)pdm09 infection. We also investigated the effects of repeated influenza exposures on HI titer: our results show evidence of a strong immune response to A(H1N1) strains circulating in early childhood. These studies support the use of HI titer as the main immune correlate of protection against influenza infection and suggest that other factors may have influence on immunity to infection. Age should be considered in interpretation of serology and serological criteria for influenza vaccine licensure.

Résumé: Chaque année, les épidémies saisonnières d’influenza causent de 3 à 5 millions de cas sévères de maladie, entraînant entre 250 000 et 500 000 décès mondialement. Seulement deux classes d’antiviraux sont actuellement commercialisées pour traiter cette infection respiratoire : les inhibiteurs de la neuraminidase, tels que l’oseltamivir (Tamiflu) et les inhibiteurs du canal ionique M2 (adamantanes). Toutefois, leur utilisation est limitée par l’apparition rapide de résistance virale. Il est donc d’un grand intérêt de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques pour le traitement de l’influenza. Le virus influenza dépend de l’activation de sa protéine de surface hémagglutinine (HA) pour être infectieux. L’activation a lieu par clivage protéolytique au sein d’une séquence d’acides aminés conservée. Ce clivage doit être effectué par une enzyme de l’hôte, étant donné que le génome du virus ne code pour aucune protéase. Pour les virus infectant l’humain, plusieurs études ont montré le potentiel de protéases à sérine transmembranaires de type II (TTSP) à promouvoir la réplication virale : TMPRSS2, TMPRSS4, HAT, MSPL, Desc1 et matriptase, identifiée récemment par notre équipe (Beaulieu, Gravel et al., 2013), activent l’HA des virus influenza A (principalement H1N1 et H3N2). Toutefois, il existe peu d’information sur le clivage de l’HA des virus influenza B, et seulement TMPRSS2 et HAT ont été identifiées comme étant capables d’activer ce type de virus. Les travaux de ce projet de maîtrise visaient à identifier d’autres TTSP pouvant activer l’HA de l’influenza B. L’efficacité de clivage par la matriptase, hepsine, HAT et Desc1 a été étudiée et comparée entre ces TTSP. Ces quatre protéases s’avèrent capables de cliver l’HA de l’influenza B in vitro. Cependant, seul le clivage par matriptase, hepsine et HAT promeut la réplication virale. De plus, ces TTSP peuvent aussi supporter la réplication de virus influenza A. Ainsi, l’utilisation d’un inhibiteur de TTSP, développé en collaboration avec notre laboratoire, permet de bloquer significativement la réplication virale dans les cellules épithéliales bronchiques humaines Calu-3. Cet inhibiteur se lie de façon covalente et lentement réversible au site actif de la TTSP par un mécanisme slow tight-binding. Puisque cet inhibiteur cible une composante de la cellule hôte, et non une protéine virale, il n’entraîne pas le développement de résistance après 15 passages des virus en présence de l’inhibiteur dans les cellules Calu-3. L’inhibition des TTSP activatrices d’HA dans le système respiratoire humain représente donc une nouvelle stratégie thérapeutique pouvant mener au développement d’antiviraux efficaces contre l’influenza. / Abstract: Seasonal influenza epidemics cause between 3 and 5 millions severe cases of disease, leading to 250 000 to 500 000 deaths worldwide. Only two classes of drugs are currently available to treat influenza infections: neuraminidase inhibitors, such as oseltamivir (Tamiflu) and M2 channel inhibitors (adamantanes). However, the use of these antivirals is restricted by rapid emergence of viral resistance. It is therefore of great interest to develop new therapeutic strategies for the treatment of influenza disease. The influenza virus requires activation of its surface protein hemagglutinin (HA) to become infectious. This activation is achieved by proteolytic cleavage in a highly conserved amino acid sequence of the protein. Host cell proteases are responsible for this cleavage since the viral genome doesn’t encode any protease. For viruses that infect humans, many studies have shown the potential of type II transmembrane serine proteases (TTSP) to promote viral replication: TMPRSS2, TMPRSS4, HAT, MSPL, Desc1 and matriptase, recently identified by our team (Beaulieu, Gravel et al., 2013), activate HA of influenza A viruses (mainly H1N1 and H3N2). However, little is known about cleavage of influenza B virus HA, and only TMPRSS2 and HAT have been identified as being capable of activating this type of virus. This project aimed to identify other TTSPs able to activate influenza B HA. Cleavage efficacies of matriptase, hepsin, HAT and Desc1 were studied and compared. These four proteases were shown to be able to cleave influenza B HA using in vitro assays. However, only cleavage by matriptase, hepsin and HAT promoted viral replication. Moreover, these TTSPs also supported the replication of influenza A viruses. Thus, the use of a slow, tight-binding inhibitor (developed in collaboration with our laboratory) that binds to the TTSP active site, forming a covalent and reversible bond, significantly blocked viral replication in human bronchial epithelial Calu-3 cells. Since this inhibitor targets a host cell component, instead of a viral protein, viruses did not develop resistance after 15 passages in presence of the inhibitor in Calu-3 cells. Thus, inhibition of HA-activating TTSPs in the human respiratory tract represents a novel therapeutic strategy against influenza.