Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Dans les organismes multicellulaires, la régulation de l’expression des gènes par les microARNs est un mécanisme essentiel pour le développement cellulaire et l’homéostasie. De plus, le rôle des microARNs a été démontré dans de nombreux processus immunitaires, tels que l’inflammation. Les virus évoluant conjointement avec leurs hôtes, ils ont appris à détourner la machinerie cellulaire pour leur propre bénéfice. Ainsi, des microARNs codés par certains génomes viraux ont été mis en évidence, mais leurs fonctions, ainsi que leurs cibles, restent encore largement inconnues. En utilisant une lignée de souris présentant une mutation hypomorphe pour le gène dicer, caractérisée par une diminution de la production des microARNs, et son hôte naturel, le cytomégalovirus murin, un virus membre de la famille des β-Herpesvirus, nous avons étudié le rôle potentiel des microARNs d’origine cellulaire et virale dans la pathogénèse de ce virus. Lors de l’infection aigüe, nos résultats montrent un rôle dominant et protecteur des microARNs cellulaires, comparé à celui des microARNs viraux, prédits pour être des facteurs de pathogénicité. / In multicellular organisms, gene expression regulation by microRNAs is an essential mechanism for cell development and homeostasis. Moreover, several immune-related processes, such as inflammation, have been demonstrated to require specific microRNAs. As viruses have coevolved with their host, they have learned to hijack the cellular defenses for their own benefit. Thus microRNAs-encoding genes were also recently discovered in the genome of Herpesviruses, but up to now, the function and the targets of most microRNAs of viral origin are still largely unknown. Using a hypomorphic mouse mutant line, characterized by a diminished production of microRNAs, and the Mouse Cytomegalovirus, a natural pathogen of mice which belongs to the family of β-Herpesviruses, we investigated the potential roles of microRNAs of both cellular and viral origin in the pathogenesis of this virus. Our results point toward a dominant role of cellular microRNAs as protective factors compared to virally-derived microRNAs which are usually predicted to carry pathogenic functions in acute infections.

Dans une ère où les moustiques modifiés commencent à être utilisés ou envisagés pour contrôler les épidémies de Dengue ou malaria, le manque de connaissance sur l’immunité des insectes vecteurs envers certains pathogènes se fait cruellement ressentir. Pourtant la possibilité de changements de vecteurs, dû à un changement de leur immunité, provoquée par l’Homme est réelle. Pour déterminer la contribution de l’immunité dans différents compartiments du vecteur contre divers pathogènes avons étudié la réponse antivirale dans la première barrière de transmission chez le moustique vecteur de la malaria après une infection par un repas sanguin. Nous montrons que les réponses antivirales sont différentes entre compartiments, et proposons un modèle où des interactions tripartites entre le virus, l’immunité du moustique et la flore entérique interagissent pour contrôler l’infection précoce du moustique après le repas sanguin. De façon surprenante, nous avons également montré que la voie de l’ARN interférence n’a pas d’effet antiviral dans ce compartiment. Nous suggérons que cette voie est utilisée par le parasite Plasmodium pour détourner la réponse antiparasitaire médiée par Toll, grâce à un facteur de virulence de nature ARN double brin. Nous avons également montré que des biais expérimentaux lors de l’infection des insectes ont conduit à l’élaboration d’un dogme disant que la voie de l’ARN interférence est la voie antivirale principale des insectes, mais nos resultats suggèrent que malgré l’importance de cette voie pour controler l’intensité de la réplication virale lors de l’infection disséminée, cette voie n’a aucune fonction antivirale lors de l’infection initiale du tube digestif. Néanmoins, le séquençage des produits de cette voie permet d’assembler de-novo des génomes de virus commensaux. Les résultats de ces travaux montrent très clairement qu’il faut évaluer le rôle et l’impact de toute modification d’insectes vecteurs pour plusieurs classes de pathogènes. Cela ouvre également de nombreux nouveaux champs de recherches et pose de nombreuses nouvelles questions. / In an era where modified mosquitoes are starting to be used in nature for controlling malaria and Dengue, lack of knowledge about immunity of mosquito vectors to some pathogen classes are becoming more evident. The risks for human-provoked vector shifts of pathogens transmission have not been examined. To fill these gaps, we assessed the antiviral immunity of the malaria vector, Anopheles gambiae, in the strongest mosquito bottleneck for pathogens, the midgut infection barrier after an infective bloodmeal. This work shows that the antiviral responses are different and highly compartmentalized between the midgut and systemic immunity. We propose a model where tripartite interactions between virus, mosquito immunity and enteric flora control early arboviral infection in the midgut. Surprisingly, we showed that while the siRNA pathway had no evident anti-arbovirus activity in the midgut, it was used by Plasmodium to evade mosquito immunity. A virus-like elicitor of double strand RNA nature is transferred from the parasite at the ookinete stage to the mosquito midgut cells, resulting in a shift of immune balance from anti-parasite response to an antiviral-like response. Importantly, our work shows that biases in experimental infection methods led to the misconstruction of a dogma stating that siRNA is the main antiviral pathways in insects, at least in the midgut compartment. And that the use of the pathway products can be successfully used to de-novo assemble previously unknown viruses from the virome. This work indicates that immune modifications in vectors need to be evaluated for changes of vectorial competence to different pathogens. It also opens numerous avenues of research and raises a lot of interesting questions that will need to be investigated in the future.

Les arbovirus (virus transmis par des arthropodes) sont à l'origine de maladies humaines telles que la dengue, le chikungunya ou encore le Zika. Le moustique Aedes aegypti, est le vecteur majeur de ces trois arbovirus. La faible efficacité des méthodes de contrôle des populations de moustiques, principalement réalisées au moyen d'insecticides chimiques ouvre un champ de développement de nouvelles approches en lutte antivectorielle. Le moustique, hôte vecteur, contrôle la réplication virale en limitant les réponses immunitaires antivirales. La machinerie RNA interférence (RNAi) est la voie jouant un rôle majeur dans l'immunité antivirale chez le moustique. Alors que le rôle des deux voies, siRNA (" small interfering RNA ") et piRNA (" piwi-interfering RNA "), est de mieux en mieux compris dans les réactions antivirales du vecteur, peu de connaissances sont disponibles à ce jour en ce qui concernent les interactions entre la voie miRNA (" micro RNA ") et les arbovirus. Ainsi, nous proposons une analyse détaillée des mécanismes par lesquels les miARN tentent de réguler la réplication virale chez le moustique. Dans la première partie de la thèse, nous avons effectué une analyse génomique pour identifier les miRNAs pouvant interagir chez Ae. aegypti avec divers lignées/génotypes des virus chikungunya (CHIKV), de dengue (DENV) et de Zika. Avec l'aide d'outils de prédiction faisant appel à divers algorithmes, plusieurs sites de liaison de miARN avec différents lignées/génotypes de chaque arbovirus ont été identifiés. Nous avons ensuite sélectionné les miARN pouvant cibler plus d'un arbovirus et nécessitant un faible seuil d'énergie lors de la formation des complexes entre l'ARNm. / Mosquito-borne arboviruses cause some of the world’s most devastating diseases and are responsible for recent dengue, chikungunya and Zika pandemics. The yellow-fever mosquito. Aedes aegypti, plays an important role in the transmission of all three viruses. The ineffectiveness of chemical control methods targeting Ae. aegypti makes urgent the need for novel vector-based approaches for controlling these diseases. Mosquitoes control arbovirus replication by triggering immune responses. RNAi machinery is the most significant pathway playing a role on antiviral immunity. Although the role of exogenous siRNA and piRNA pathways in mosquito antiviral immunity is increasingly better understood, there is still little knowledge regarding interactions between the mosquito cellular miRNA pathway and arboviruses. Thus further analysis of mechanisms by which miRNAs may regulate arbovirus replication in mosquitoes is pivotal. In the first part of the thesis, we carried out genomic analysis to identify Ae. aegypti miRNAs that potentially interact with various lineages and genotypes of chikungunya (CHIKV), dengue (DENV) and Zika viruses. By using prediction tools with distinct algorithms, several miRNA binding sites were commonly found within different genotypes/and or lineages of each arbovirus. We further analyzed the miRNAs that could target more than one arbovirus and required a low energy threshold to form miRNA-vRNA (viral RNA) complexes and predicted potential RNA structures using RNAhybrid software. Thus, we predicted miRNA candidates that might participate in regulating arboviral replication in Ae. aegypti. In the second part of the thesis, we developed a miRNA-based approach that results in a dual resistance phenotype in mosquitoes to dengue serotype 3 (DENV-3) and chikungunya (CHIKV) viruses for stopping arboviruses spreading within urban cycles. The target viruses are from two distinct arboviral families and the antiviral mechanism is designed to function through the endogenous miRNA pathway in infected mosquitoes. Ten artificial antiviral 4 miRNAs capable of targeting ~97% of all published strains were designed based on derived consensus sequences of CHIKV and DENV-3. The antiviral miRNA constructs were placed under control of either an Aedes PolyUbiquitin (PUb) or Carboxypeptidase A (AeCPA) gene promoter triggering respectively expression ubiquitously in the transgenic mosquitoes or more locally in the midgut epithelial cells following a blood meal. Challenge experiments using viruses added in blood meals showed subsequent reductions in viral transmission efficiency in the saliva of transgenic mosquitoes as a result of lowered infection rate and dissemination efficiency. Several components of mosquito fitness, including larval development time, larval/pupal mortality, adult lifespan, sex ratio, and male mating competitiveness, were examined: transgenic mosquitoes with the PUb promoter showed minor fitness costs at all developing stages whereas those based on AeCPA exhibited a high fitness cost. Further development of these strains with gene editing tools could make them candidates for releases in population replacement strategies for sustainable control of multiple arbovirus diseases.

L'interféron de type I (IFN) est une famille de cytokine avec des propriétés antivirales et immunomodulatrices. Alors que les effets antiviraux de l'IFN sont bien caractérisés, leurs propriétés immunomodulatrices le sont moins. Nous avons examiné en profondeur les effets de l'IFN de type I sur le développement, l'homéostasie, et la fonction des cellules Treg. Nous avons utilisé des souris chimériques reconstituées avec une mixture de moelle osseuse de souris normale (WT) et de souris sans le récepteur de l'IFN(IFNAR)KO, et des souris femelles hétérozygotes exprimant une délétion d'IFNAR spécifiquement sur les Treg. Dans ces deux modèles, la signalisation d'IFNAR favorise le développement de la lignée Treg dans le thymus et leur survie dans la périphérie. Nous avons également généré des souris chimériques en utilisant le foie f¿tal de souris scurfy, les Treg dérivés de IFNAR KO ont été incapables de contrôler l'activation des cellules T effectrices et l'inflammation des tissus. Nous avons aussi examiné les effets pendant l'infection avec le virus chorioméningite lymphocytaire chronique (LCMV). Nous avons démontré que le pourcentage de V?5+ Treg était significativement réduit chez les souris IFNAR KO. Nous avons également examiné l'effet pendant Encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE). Suite à l'induction de l'EAE, les souris chimériques WT/IFNAR KO développent une maladie plus sévère que les souris WT/WT. Nous montrons aussi que les souris avec une délétion conditionnelle de IFNAR dans les Tregs développent une forme très grave de l'EAE. Ces résultats démontrent que la signalisation via IFNAR est nécessaire pour la fonction de suppressive des Treg dans l'EAE. / Type I Interferons (IFNs) are a family of cytokines with antiviral and immunomodulatory properties. While the antiviral effects of IFNs are well characterized, their immunomodulatory properties are less clear. We examined the effects of type I IFN on development, homeostasis, and function of Treg cells. We used mixed bone marrow (BM) chimeras between WT and IFNαβ receptor (IFNAR) KO mice, and heterozygous female mice expressing a Treg-specific deletion of the IFNAR. IFNAR signaling promoted the development of the Treg lineage in the thymus and their survival in the periphery. IFNAR KO Treg from chimeric mice displayed a more naïve phenotype. In mixed chimeras with Scurfy fetal liver, Treg derived from IFNAR KO BM were unable to control T effector cell activation and tissue inflammation. We also examined the potential effects during Chronic Lymphocytic Choriomeningitis Virus infection. We demonstrated that the percentage of Vβ5+ Treg was significantly reduced in IFNAR KO mice, and that the IFNAR functions in a Treg cell intrinsic manner. We also studied the effect during Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). Following induction of EAE, WT / IFNAR KO chimeras develop more severe disease than the WT/WT chimeras. Mice with a conditional deletion of the IFNAR in Treg rapidly developed a very severe form of EAE. These results demonstrate that signaling via the IFNAR is required for Treg suppressor function in EAE. Collectively, these studies demonstrate that under certain condition including stress, chronic infection, and autoimmune disease, IFNAR signaling is essential to maintain Treg development, homeostasis, and function.

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