Human Endogenous Retroviruses (HERV) are derived from exogenous retroviruses that infected inheritable germline tissues millions of years ago and account for 8% of the human genome. Like other retroviruses HERVs encode Gag, Pol and sometimes Env proteins. During a retroviral infection, retroviral Gag recruits the hosts Endosomal Sorting Complex Required for Transport (ESCRT) and associated proteins (ALIX and TSG101) to produce precisely sized viruses from endosomes or the plasma membrane. The ESCRT machinery is also involved in cytokinesis and control growth factor receptor signalling. HERV-K is the most recent HERV family to insert into the genome and is still able to produce mostly intact transcripts, including Gag. When expressed, Gag causes cells to release Virus-Like Particles (VLP) that lack HERV genomes. These retroviral VLP are remarkably similar to a sub-category of extracellular vesicles (EVs) called exosomes. Exosomes require ALIX, TSG101 and the ESCRT machinery for their production. It is possible that HERV-K Gag is required for exosome production or that HERV VLPs are a major contaminant of exosome preparations that account for many of the functions attributed to exosomes. Our data shows that HERV-K Gag over-expression or knockdown did not change the number of EVs released per cell in two cell lines. As well there was no difference in the amount of ALIX and TSG101 in the EVs in these conditions. The most intriguing observation made was the increase of cell number with expression of HERV-K Gag and decrease when HERV-K Gag was knocked down in HEK293T. We are currently unable to conclude the role of HERV-K Gag on EV production and content. We speculate that HERV-K Gag might affect cells through controlling cell proliferation or death, for example by competing with ESCRT machinery to impact signalling through growth factor receptors. This study begins to outline the potential effects HERV-K Gag might have on EV release and cell proliferation.

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.

Le MSRV (Multiple Sclerosis Associated Retro Virus) fait partie de la famille de rétrovirus endogènes humains HERV-W. Une protéine d'enveloppe provenant du MSRV est retrouvée chez la plupart des patients atteints de sclérose en plaque (SEP). Cette protéine (Env-ms) a des propriétés pro-inflammatoires sur les cellules immunitaires et pourrait donc jouer un rôle dans la pathogenèse de la SEP en exacerbant la diapédèse leucocytaire observée dans le système nerveux central (SNC) des patients. Cette étude vise principalement à analyser les effets de Env-ms sur la barrière hémato-encéphalique (BHE) au niveau moléculaire et fonctionnel. Nous avons pu démontrer que l'enveloppe recombinante du MSRV était capable de stimuler plusieurs paramètres inflammatoires sur un modèle humain de BHE in vitro, la lignée HCMEC/D3. En effet, Env-ms induit une surexpression d'ICAM-1, une protéine impliquée dans l'adhésion des leucocytes aux cellules endothéliales, d'une manière dose dépendante ainsi qu'une production dose dépendante de cytokines pro-inflammatoires comme l'IL-6 et l'IL-8. De plus, par une approche utilisant des siRNAs, nous avons pu montrer que Env-ms était reconnue par le récepteur TLR4, un récepteur de l'immunité innée exprimé par les cellules endothéliales. Nous avons aussi montré par des essais fonctionnels que Env-ms stimulait de manière significative l'adhésion de cellules immunitaires activées à la monocouche de cellules endothéliales. Enfin, nous avons aussi mesuré les effets de Env-ms sur des cultures primaires de cellules endothéliales HUVEC et nous avons pu montrer que les propriétés pro-inflammatoires de la protéine d'enveloppe étaient similaires à celles observées sur le modèle HCMEC/D3 Ces résultats appuient l'hypothèse selon laquelle le MSRV pourrait être impliqué dans la pathogenèse de la SEP ou bien dans le maintien d'un niveau d'inflammation élevé favorisant le désordre immunitaire observé chez les patients. Le MSRV pourrait également jouer un rôle dans d'autres maladies inflammatoires chroniques. / The MSRV (Multiple Sclerosis Associated Retro Virus) belongs to the human endogenous retrovirus HERV-W family. An envelope protein originating from the MSRV was found in most patients with multiple sclerosis (MS). This protein (Env-ms) has pro-inflammatory properties on several immune cells and could therefore play a role in the MS pathogenesis by promoting the leukocyte diapedesis observed in the central nervous system of patients. Our study aims to analyze the effects of Env-ms on the blood-brain barrier (BBB) at a molecular and functional level. We have demonstrated that the recombinant MSRV envelope was able to strongly stimulate several inflammatory parameters on a human BBB in vitro model, the HCMEC/D3 cell line. Indeed, Env-ms induced overexpression of ICAM-1, a major mediator of leukocyte adhesion to endothelial cells, in a dose-dependent manner and a strong dose-dependent production of the pro-inflammatory cytokines IL-6 and IL-8. Furthermore, using a silencing approach with siRNAs, we have shown that Env-ms was recognized via the TLR4 receptor, a pattern recognition receptor of innate immunity present on endothelial cells. Indeed, the knock down of TLR4 abolishes the pro-inflammatory effects of Env-ms. We have also shown using functionnal assays, that the treatment of brain endothelial cells with Env-ms significantly stimulated the adhesion of activated immune cells to the monolayer of endothelial cells. We also assessed the effects of Env-ms on primary endothelial cells HUVECs and we observed that the pro-inflammatory properties of the envelope protein were similar to those observed on HCMEC/D3. These findings support the hypothesis that MSRV could be involved in the pathogenesis of MS disease or at least in maintenance of inflammatory conditions thus fueling the auto-immune disorder. The MSRV could also play a role in other chronic inflammatory diseases.

Human Endogenous Retroviruses (HERV) are segments of the human genome that are viral in origin and occupy approximately 8% of the human genome, which is nearly 3 times as much as functional protein coding genes (3%). Although most are defective due to accumulation of post insertional mutations, Human Endogenous Retrovirus Type K (HERV-K) retains the ability to produce functional particles and is activated during progression of malignant disease. The resulting proviral products have been associated tumorigenesis through their presumed role in malignant cell production. While therapeutics that focus on HERV-K inhibition have not been manufactured, current Federal Drug Administration (FDA) approved antiretroviral therapies are capable of decreasing expression of HERV-K in cancer cells. In summary, antiretroviral drugs may serve as a promising new anticancer drug by targeting and decreasing expression of HERV-K proteins.

Objectives: Human Endogenous Retroviruses (HERVs) were originally derived from germ cell infection by exogenous retroviruses and comprise around eight per cent of the human genome. HERVs are highly expressed in the placenta, where HERV-W (syncytin 1) has been demonstrated to perform a fusogenic function. Due to their retroviral origin, placental syncytin 1 has been suggested to also be involved in modulating the maternal immune system. The placenta constantly sheds microvesicles (MV) into the maternal circulation, demonstrated to cause innate immune cell activation associated with normal pregnancy. In pre-eclampsia, there is both increased placental MV shedding and a heightened pro-inflammatory immune response. It was therefore hypothesised that HERVs shed via placental MV play a role in feto-maternal immune interactions and thus may be an important factor in the pathogenesis of preeclampsia (PE). More specifically, it was hypothesised that syncytin 1-positive MV activate monocytes through toll-like receptor 4 (TLR-4). The aim of this study was to determine if syncytin 1 is released from the placenta via MV and exerts an immunological effect. Methods: HERV mRNA and protein expression was measured in placenta and the BeWo choriocarcinoma cell line by qPCR, western blotting (WB) and immunostaining. Glycosylation of syncytin 1 protein was determined by PNGase F treatment followed by WB. MV shed by first trimester, term normal and PE placental explants as well as BeWo cells were isolated by ultracentrifugation. Morphology of these microvesicles was examined by electron microscopy. Syncytin 1 protein and RNA was detected in microvesicles by WB and PCR. Activation and priming of PBMCs to respond to lipopolysaccharide (LPS) by syncytin 1-positive MV and recombinant syncytin 1 was examined through cytokine production by ELISA and multiplex. Antagonism of TLR-4 by LPS-RS was used to determine involvement of the receptor. The role of syncytin 1 in MV activation was examined by siRNA knockdown. Results: HERVs are highly expressed in placental tissue. Syncytin 1 is a glycosylated protein and its expression is altered in PE. MV shed from the BeWo choriocarcinoma cell line and from first trimester and term placental explants, express HERV protein and RNA. Syncytin 1 positive MV and recombinant syncytin protein cause activation of PBMCs. Greatest activation is stimulated by PE MV. Normal MV exhibit a neutral or suppressive effect on subsequent LPS challenge to PBMCs. PE MV exacerbate the response to LPS. Antagonism of TLR-4 on PBMCs and knockdown of syncytin 1 content in MV reduces activation by placental MV.Conclusions: The findings of this thesis suggest that syncytin 1 protein expressed by the placenta is shed into the maternal circulation via MV, and can activate immune cells through TLR-4. Syncytin 1-positive microvesicles may play a role in endotoxin tolerance of innate immune cells in pregnancy. The increased activation by PE MV implies that in addition to the increased microvesicle load in this pathology, a factor intrinsic to PE MV is responsible for increased inflammation. These studies implicate microvesicle-bound syncytin 1 in the regulation of immunotolerance during pregnancy.

Les rétrovirus endogènes (ERV) sont des éléments constitutifs de la plupart des génomes eucaryotes, et représentent chez l’humain environ 400000 loci. Les HERV sont divisés en familles distinctes, composées d’éléments apparentés mais structurellement hétérogènes. Leur activité peut être néfaste, neutre, mais aussi bénéfique. La majorité des HERV semble silencieuse dans les cellules somatiques. Cependant certains présentent une forte activité en contextes physiologiques. Par ailleurs, une expression significative de HERV est fréquemment observée dans des contextes pathologiques, tels que les cancers. La mise sous silence des éléments répétés est supposée se produire principalement par la méthylation de leur ADN. Nous nous sommes donc intéressés à l’implication de la méthylation des régions régulatrices des HERV, les LTR, dans le contrôle de leur expression. D’une part cette étude nous a permis de mettre en évidence une méthylation locus- et tissu- spécifique de LTR HERV en contexte physiologique, impliquant notamment des modalités particulières de méthylation contrôlant l’expression placentaire de HERV domestiqués. D’autre part ce travail nous a permis de déterminer que six loci HERV-W, incluant un locus domestiqué, sont réactivés de manière autonome dans des tumeurs testiculaires sous l’influence d’un changement de modalité de méthylation intra-famille. Ainsi la méthylation des HERV influence leur expression, mais sous des modalités variables selon les loci et les contextes concernés / Endogenous retroviruses are constitutive elements of most eukaryotic genomes. They represent about 400,000 loci in the human genome. HERVs are divided into distinct families on the basis of phylogenetic identities but are highly heterogeneous in structures. Their activity can be detrimental, neutral, or beneficial to the host. Majority of HERVs seems silent in somatic cells. Still, some are highly expressed in physiological contexts. Besides, a significant expression of HERVs is frequently observed in pathological contexts such as cancers. Silencing of repeated elements is supposed to occur mainly through DNA methylation. We were therefore interested by the implication of HERV regulatory region (LTR) methylation in the control of their expression. First, this study identified locus and tissues –specific HERV LTR methylation in physiological context, worth noting particular methylation modalities that control domesticated HERVs placental expression. Second, we could determine a change in intra-family LTR methylation modalities in testicular tumors leading to the autonomous reactivation of six HERV-W loci, among which a domesticated one. Thus methylation clearly influences HERVs expression, but under modalities varying upon the loci and the contexts

Couverture)Les rétrovirus sont des virus enveloppés à ARN simple brin omniprésents dans le monde animal et sources de nombreuses pathologies. Les rétrovirus de vertébrés comprennent sept genres dont les gamma et deltarétrovirus qui sont l’objet de ces travaux. Les rétrovirus dits endogènes (ERV), par opposition à leurs homologues infectieux exogènes, sont présents dans les cellules germinales et font partie intégrante du patrimoine génétique, avec transmission mendélienne. Au cours de l'évolution, les ERV ont fait l'objet de mutations, rendant défectives la plupart des copies dans les génomes de vertébrés, avec quelques exceptions notoires. De fait, certaines copies maintiennent de larges cadres de lecture suite à une pression de sélection positive.Rétrovirus exogènes et ERV partagent une organisation génétique similaire. Leurs glycoprotéines d’enveloppe (Env), dont une des propriétés est de lier un récepteur cellulaire, comprennent une composante de surface (SU) associée à une partie transmembranaire (TM). La SU des Env γ et -rétrovirales porte un module RBD (Receptor-Binding Domain) qui lie un récepteur appartenant à la famille SLC (Solute Carriers) des transporteurs de nutriments. Les SLC présents à la surface cellulaire conditionnent le métabolisme des cellules. Afin de pallier l'absence d'anticorps fiables reconnaissant les parties extracellulaires (exofaciales) des SLC, le laboratoire a dérivé des RBD solubles comme ligands des SLC, permettant de suivre leur expression à la surface cellulaire et ainsi, évaluer le métabolisme cellulaire.Parmi les ERV, certaines env partiellement ou entièrement conservées jouent un rôle physiologique essentiel dans les organismes qui les portent. Une hypothèse de mon laboratoire d’accueil est l’existence de RBD endogènes de mammifères capables de moduler le métabolisme cellulaire de leurs hôtes. Dans ce contexte, mes travaux sont articulés autour de deux axes : (i) identifier et produire de nouveaux RBD dérivés des ERV et (ii) identifier de nouveaux transporteurs de type SLC reconnus par des RBD issus de rétrovirus exogènes et ERV de mammifères. Nous avons identifié et caractérisé deux nouveaux RBD humains endogènes (HERV-41 et HERV-89), entrés et conservés chez les primates de l’Ancien Monde il y a environ 35 millions d’années. Nous avons caractérisé leurs séquences PBS (Primer Binding Site), amorces putatives de la réplication rétrovirale, comme étant complémentaires de l’ARNtLeu ou ARNtArg pour HERV-89, et de l'ARNtGlu pour HERV-41. Les séquences env les plus proches dans le génome humain présentent respectivement 38% et 69% d'identité, indiquant l'appartenance de HERV-89 à deux nouvelles familles d'Env. Nous avons pu produire le RBD soluble de HERV-89, montrer que son récepteur est distinct de l'Env HERV ayant la séquence la plus homologue, et étudier sa distribution tissulaire. Le RBD HERV-89 lie un récepteur sur de nombreuses cellules souches et lignées cellulaires établies et nous avons montré par immunohistochimie que le récepteur est exprimé de manière différentielle dans les tissus humains sains et tumoraux. Parallèlement, nous avons dérivé une banque d'expression de 170 SLC que nous avons utilisée pour le criblage à haut-débit de récepteurs des Env gamma et deltarétrovirales. Cette banque nous a permis d'identifier le récepteur, longtemps recherché, de l’Env du virus de la leucémie bovine (BLV). De plus, en utilisant la transfection d'une banque d’expression d’ADNc dans des cellules de hamster, nous avons aussi identifié le récepteur du virus endogène félin ERV-DC14/FeLV-D comme étant le transporteur de cuivre et de cisplatine CTR1/SLC31A1.L’identification du récepteur de BLV pourrait notamment aider dans la lutte contre la transmission du virus et les pathologies associées qui affectent environ 5% du bétail infecté. De plus, les BLV-RBD et DC14-RBD constituent respectivement de nouveaux marqueurs et modulateurs potentiels du métabolisme, dont celui du cuivre / Retroviruses are enveloped, single-stranded RNA viruses, that are omnipresent in animals and the causal agents of a large array of pathologies. Vertebrate retroviruses are divided into seven genera, including the γ and -retroviral groups, which we study particularly. Endogenous retroviruses (ERV), as opposed to exogenous infectious viruses, are present in germline cells and as such are bona fide components of the host genome, with Mendelian transmission. Most ERV have been inactivated by purifying mutations during evolution, although a few copies have been subjected to positive selection pressure with conserved open reading frames (ORFs).Exogenous viruses and ERV that belong to gamma and deltaretroviruses share similar genetic organization and their envelope glycoproteins (Env) comprises a transmembrane (TM) and a surface (SU) component, which binds a specific receptor on the host cell membrane. The SU contains a receptor-binding domain (RBD), responsible for receptor recognition, while TM engages membrane fusion and harbors an immunosuppressive domain. Noticeably, some ERVs have maintained entire or partial ORFs in env, which have been shown, in certain cases, to have essential physiological functions.Another common feature of gamma and deltaretroviral Env is the nature of their receptors, which, when identified, all belong to the solute carrier family of nutrient transporters (SLCs). The laboratory derived soluble RBDs from complete Env that can bind cognate receptors and be used to monitor SLC receptor expression at the cell surface. This important property of RBDs overcomes the notorious lack of reliable anti-SLC exofacial antibodies and provides a new way to evaluate, or even modulate, cell metabolism.Our laboratory postulates that some endogenous RBD-coding genes have been positively selected in their hosts for properties linked to binding SLCs and modulating host cell metabolism. In this context, the aim of my work was to: (i) search for new natural endogenous RBDs and (ii) characterize SLC transporters recognized by RBDs derived from ERVs or exogenous infectious mammalian retroviruses.Here, we describe the identification of two novel human endogenous RBDs (HERV-41 and HERV-89), which each harbor a significant ORF. We estimated that both RBDs have been introduced into Old World primate genomes 35 MYA ago, after the separation with New World monkeys. HERV-89 and HERV-41 are included within retroviral elements that comprise potential primer binding sites (PBS) complementary to tRNALeu or tRNAArg, for HERV-89, and tRNAGlu, for HERV-41. The envs of HERV-89 and HERV-41 do not share more than 38% and 69% amino acid identity with the closest known HERVs, respectively, which indicates that they belong to two new Env families. We derived a soluble HERV-89 RBD and monitored its receptor cell and tissue distribution. Using the ligand by flow cytometry, we observed that a HERV-89 receptor is expressed in a large panel of established cell lines and stem cells. Immunohistochemistry on 94 healthy and tumor human tissue samples showed that HERV-89 receptor is largely distributed, with distinct expression patterns in healthy and tumor tissues. In parallel, we derived a 170 gene-containing SLC expression library for high throughput screening of SLC/ligand interactions. Using this partial human SLC library, we identified the long-sought receptor for bovine leukemia virus (BLV). Moreover, transfection of a cDNA library expression into hamster cells, led us to identify CTR1/SLC31A1, the copper and cisplatin transporter, as the receptor for the feline ERV-DC14/FeLV-D.As a ligand for the BLV receptor, BLV-RBD may be used to help controlling BLV transmission and prevent associated pathologies that affect 5% of infected cattle. Also, BLV-RBD and DC14-RBD can now be used as metabolic markers and modulators of their SLC cognate receptors, including copper metabolism, in the case of DC14-RBD.

Les rétrovirus endogènes humains ont longtemps été considérés comme d'inactifs fossiles de l'ADN humain, mais leur abondance (8%) a récemment été révélée grâce au séquençage du génome humain. Plusieurs études indépendantes ont montré une association au niveau moléculaire entre le rétrovirus endogène humain MSRV de la famille HERV-W et la sclérose en plaques (SEP) ainsi que la schizophrénie (SCZ). Les éléments de la famille HERV-W codent pour une protéine d'enveloppe (Env) très immunopathogène. Cette protéine active une cascade autoimmune et inflammatoire via l'interaction du récepteur TLR4 avec les cellules présentatrices d'antigène, provoque une dérégulation du système immunitaire et induit une cytotoxicité particulière. Grâce à un test ELISA développé pour la détection des protéines HERV-W ex vivo, la présence significative d'une antigénémie MSRV-Env a pu être détectée chez environ 75% des patients SEP, alors que tous les contrôles sains étaient négatifs. Une antigénémie positive d'environ 50% chez des patients SCZ pour les protéines Env et Gag a également été rapportée, montrant une corrélation significative avec un sous-groupe de patients ayant un niveau élevé de protéine C-réactive. De plus, un modèle animal d'encéphalomyélite autoimmune expérimentale a pu être reproduit avec l'utilisation de la protéine Env. Ce modèle a montré des signes d'inflammation et de démyélinisation confirmées par des analyses IRM et histologiques, ainsi qu'une autoimmunité anti-myéline. Un anticorps monoclonal, sélectionné pour ses propriétés inhibitrices par rapport à l'activation du TLR4 par MSRV-Env, a été testé in vivo avec ce nouveau modèle animal et in vitro avec des cellules immunitaires. Une inhibition significative des symptômes cliniques en comparaison avec des contrôles non traités a été obtenue et l'innocuité du traitement a été vérifiée. L'interaction de la protéine Env du rétrovirus MSRV avec des facteurs environnementaux pourrait être à la source de la cascade inflammatoire en association avec la SEP ou la SCZ. Cette protéine représente une nouvelle cible thérapeutique dans le cadre du développement prometteur d'un anticorps thérapeutique monoclonal. L'ensemble des ces travaux a contribué à montrer qu'une partie des rétrovirus endogènes humains ont retenu leur activité, ce qui ouvre de nouvelles perspectives de recherche dans le domaine des maladies complexes humaines / Human endogenous retroviruses (HERVs) have long been considered as inactive fossils in human DNA, but recent sequencing of the human genome revealed that they are very abundant and constitute approximately (8%) of the human genomic sequences. Recent independent molecular studies have also shown an association between the MS-associated retrovirus MSRV of the human endogenous retroviruses type “W” (HERV-W) family and Multiple Sclerosis (MS), as well as Schizophrenia (SCZ). HERV-W elements encode a powerful immunopathogenic envelope protein (Env) that activates a proinflammatory and autoimmune cascade through interaction with Toll-Like receptor 4 (TLR4) on antigenpresenting cells, triggers dysregulation of the immune system and mediates a peculiar cellular toxicity. Using a specific ELISA immunoassay for ex-vivo measurement of HERV-W proteins, a highly significant prevalence of MSRV-Env antigenemia in MS sera (about 75%) was reported, whereas all healthy controls were negative. A positive Env and Gag antigenemia (about 50%) was also found in SCZ patients, and a significant correlation with an elevated level of C-reactive protein was shown in a subgroup of SCZ patients. Moreover, the MSRV-Env protein was shown to reproduce the hallmarks of an Experimental Autoimmune Encephalomyelitis, an animal model for MS, with major inflammatory demyelination confirmed by MRI and histology, as well as anti-myelin autoimmunity. An anti-Env monoclonal antibody, selected for its inhibiting effects on MSRV-Env interaction with TLR4 in human lymphoid cell cultures, was tested in vivo with this new MS model and also in vitro with human immune cells. Significant inhibition and prevention of clinical symptoms compared to untreated controls were observed. These rodent models are also useful for initial investigation of the safety of antibody, since the Env protein is not expressed in animal species except for non-human primates. A relationship between environmental factors and the pro-inflammatory MSRV-Env protein is thus a possible hypothesis regarding initiation of a pathogenic cascade leading to diseases such as MS and SCZ. The MSRV-Env protein now represents a novel target, and the neutralizing antibody being developed by GeNeuro, a promising therapeutical approach for the cure of these severe neurological diseases

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thesis advisor: Welkin Johnson / Endogenous Retroviruses (ERVs) are “fossilized” retroviruses of a once exogenous retrovirus located in the genome of extant vertebrates. Retroviral infection results in a provirus integration into the host genome. An infection of a germline cell could lead to the provirus potentially being inherited by the offspring of the infected individual. Once in the genome, the provirus becomes subject to evolutionary processes and can become either lost or fixed in a population, remaining as “fossils” long after the exogenous retrovirus has gone extinct23. Notably, 8% of the human genome consists of ERVs30. Human Endogenous Retrovirus Type K (HERV-K)(HML-2) family is of particular interest. HERV-K integrations are as old as 30-35 million years, endogenizing before the separation of humans and Old World Monkeys. However, there are human specific insertions, some as young as 150,000 – 250,000 years, making them the youngest insertion in the human genome. There are over 90 insertions in the human genome; the bulk is shared by all humans44,47. Transcripts of HERV-K genes are upregulated in multiple cancer and tumor cell lines 14,39,46, as well as in HIV-1 infected patients 7,11,29. Just as there are human specific insertions of ERV-K, there are also Old World Monkey specific insertions44. I have identified an intact endogenous retroviral envelope open reading frame on chromosome 12 of the rhesus macaque genome. This viral envelope-encoding sequence, which I refer to as rhERV-K env, retains all the canonical features of a retroviral Env protein. An alignment between rhERV-K env and a consensus sequence of HERV-K, HERV-Kcon env, shows a 70% amino acid sequence identity. For experimental purposes, reconstructed HERV-K envelopes have been incorporated into virions of Human Immunodeficiency virus (HIV-1)19,26,49, Murine Leukemia Virus (MLV)12, and Vesicular stomatitis Virus (VSV)26,41,49. While these approaches have illuminated some aspects of HERV-K Env-mediated entry, to date a cell-surface receptor has not been identified for any ERV-K Env. This could be due to its low infectivity levels12,26,49, its seemingly broad cell tropism limiting identification of null cell lines26,49, or possibly the HERV-K consensus reconstructions are not an accurate representation of the progenitor HERV-K virus. I am interested in understanding how the ERV-K retrovirus accessed the human germline (some 150,000 – 250,000 years ago). To do this, I focused specifically on the envelope proteins of HERV-K and rhERV-K, with the goal of analyzing the ERV-K entry process. The identification and inclusion of rhERV-K Env in this study is meant to circumvent the possibility that the previously described consensus reconstructions of human HERV-K Env are not representative, and may also provide a means to compare the endogenization process in the human/ape and old-world monkey lineages. I focused on developing two systems for single-cycle infection, one based on Mason-Pfizer Monkey Virus (MPMV) (which has not been done before), and a second based on MLV, which has previously been reported on. MPMV, like HERV-K, is a betaretrovirus, and I reasoned that possibly using a betaretrovirus would overcome some of the low-infectivity issues associated with prior attempts using HIV and MLV. To develop a system for examining function of the ERV-K Env proteins, I addressed 3 issues: 1. Are the HERV-K Env and rhERV-K Env proteins expressed and properly processed? 2. Can they be incorporated into virions of a heterologous virus? 3. Are ERV-K pseudotyped virions infectious? I have answered these questions in the following thesis. / Thesis (MS) — Boston College, 2017. / Submitted to: Boston College. Graduate School of Arts and Sciences. / Discipline: Biology.