L'insulinorésistance, caractérisée par l'incapacité des organes impliqués dans le métabolisme énergétique (tissu adipeux, muscles squelettiques et foie) à répondre à l'insuline, tient une place centrale dans la physiopathologie des complications métaboliques de l'obésité. L'apparition d'une insulinorésistance chez un sujet obèse est plurifactorielle et les mécanismes moléculaires impliqués ne sont à ce jour pas complètement élucidés.L'expansion majoritairement hyperplasique du tissu adipeux conduit à une hypoxie et un stress des adipocytes, induisant un relargage accru de cytokines inflammatoires et d'acides gras libres (AGL). Les AGL se fixent eux-mêmes sur les récepteurs toll-like (TLRs) de l'immunité innée, dont l'activation aboutit également à la sécrétion de cytokines inflammatoires. Ces AGL et cytokines, véhiculés par la circulation systémique, contribuent, avec la coopération des macrophages infiltrant le tissu adipeux, au développement d'une inflammation chronique de bas grade. Ainsi, les perturbations de l'homéostasie énergétique, associées à une activation du système immunitaire sont à l'origine d'une atteinte globale de la sensibilité à l'insuline de l'organisme, particulièrement délétère au métabolisme musculaire.Cette étude porte sur le rôle d'un effecteur de l'immunité innée, l'endoribonucléase latente (RNase L), dont l'expression est régulée par les interférons de type I et l'activation, par un oligoadénylate, le 2-5A. La RNase L clive les ARNs cellulaires conduisant à l'inhibition spécifique de l'expression de certains gènes. Nous montrons par ce travail l'implication de la RNase L dans le contrôle de la différenciation cellulaire et la pathogenèse de l'insulinorésistance associée à l'obésité, via la régulation des voies de l'inflammation au niveau des tissus adipeux et musculaire. / Insulin resistance, which is characterized by the incapacity of organs involved in the energetic metabolism (adipose tissue, skeletal muscles and liver) to respond to insulin, has a central place in the pathophysiology of the metabolic complications associated to obesity. The onset of insulin resistance in obese subjects is multifactorial and the molecular mechanisms involved have not yet been completely elucidated.The mainly hyperplasic expansion of white adipose tissue leads to hypoxia and stress in adipocytes, inducing an increased release of inflammatory cytokines and free fatty acids (FFA). FFA bind and activate the toll-like receptors (TLR) of the innate immunity system, leading to the secretion of inflammatory cytokines. These FFA and cytokines, taken by the systemic circulation, contribute, with the cooperation of macrophages infiltrating the adipose tissue, to the development of a chronic low-grade inflammation. Thus, the disturbances of the energetic homeostasis, associated with an activation of the immune system cause a global impairment of insulin sensitivity of the body, with particularly deleterious effects on muscular metabolism.This study focuses on the role of an effector of innate immunity, the latent endoribonuclease (RNase L). RNase L expression is regulated by type I interferons and is activated by the 2-5A oligoadenylate. RNase L splits cellular RNA, thus leading to the specific inhibition of the expression of certain genes. In this study, we demonstrate the implication of RNase L in the control of cell differentiation and the pathogenesis of obesity-associated insulin resistance, via the regulation of inflammatory pathways in the adipose and muscular tissues.

TRBP (TAR RNA Binding Protein), est un facteur activateur de la réplication du Virus de l'Immunodéficience Humaine de type 1 (VIH-1). Cette protéine cellulaire qui interagit avec les ARN double brins est connue pour son rôle crucial dans la voie des miRNA. Isolée pour sa capacité à interagir avec la séquence leader TAR présente à l'extrémité 5' de tous les ARN du VIH-1, TRBP favorise la réplication du VIH-1 au niveau post-transcriptionnel, en partie via l'inhibition de la PKR (Protéine Kinase ARN dépendante).Dans le but de mieux comprendre les mécanismes moléculaires par lesquels TRBP facilite la réplication du VIH-1, le complexe protéique associé à TRBP a été purifié par immunoprécipitation par double affinité et identifié par spectrométrie de masse. En plus des facteurs déjà connus, un nouveau partenaire à activité ARN 2'-O-méthyltransférase (2'-OMTase) potentielle a été copurifié : la protéine FTSJ3. Chez les eucaryotes supérieurs, deux 2'-OMTases permettent la méthylation des ARNm cellulaires au niveau de la position ribose 2'-O- du premier (coiffe 1) et du deuxième nucléotide (coiffe 2). Cette coiffe 1/2 est une signature moléculaire permettant de discriminer les ARNm endogènes et exogènes. Dans la cellule, MDA5, un senseur cytoplasmique, reconnait les ARN exogènes non coiffés et déclenche la production d'interférons (IFNs) de type I pour établir un état antiviral. Pour échapper à la réponse immune innée, certains virus ont développé des mécanismes leur permettant de mimer une coiffe 1/2.Le VIH ne code pas pour une activité 2'-OMTase. Cependant FTSJ3, de par son interaction avec TRBP, se retrouve à proximité de l'extrémité 5' de l'ARN viral. Cette 2'-OMTase méthyle l'ARN TAR in vitro, qui, transfecté dans les cellules monocytaires humaines U937 n'induit plus la production d'IFNs de type I. A l'inverse, le virus VIH-1 produit en l'absence de FTSJ3 déclenche une induction de l'expression des IFNs de type I dépendante de MDA5 dans les cellules U937. L'expression de ce virus est atténuée suite à un défaut d'import nucléaire. Ainsi, ces travaux montrent que la protéine FTSJ3, recrutée au niveau de l'extrémité 5' de l'ARN du VIH-1 par TRBP, facilite la réplication du VIH-1 en assurant la synthèse d'une coiffe 1/2 qui permet au VIH-1 d'échapper à la reconnaissance par le senseur MDA5 et à l'induction des IFNs de type I. Cette étude met en évidence un nouveau mécanisme permettant au VIH-1 d'échapper à la détection par le système d'immunité innée cellulaire. / TRBP (TAR RNA Binding Protein) is a cellular RNA binding protein that facilitates the replication of Human Immunodeficiency Virus type 1 (HIV-1). Isolated for its ability to bind HIV-1 TAR sequence present at the 5' end of all HIV-1 RNA, TRBP promotes HIV-1 replication at a post-transcriptional level by counteracting the antiviral activity of the protein kinase R (PKR).To gain more insight on how TRBP enhances HIV-1 replication, TRBP associated factors were purified using tandem immunoaffinity purification and identified by mass spectrometry. In addition to already known associated factors, a new protein with a putative RNA 2'-O-methyltransferase activity (2'OMTases) was copurified: FTSJ3. In higher eukaryotes, cellular mRNA are methylated on 2'-O ribose position on the first (Cap 1) and second nucleotide (Cap 2). This capping provides a molecular signature for the discrimination of endogenous versus exogenous mRNA. In the cell, MDA5, a cytoplasmic sensor, recognizes exogenous uncapped RNA and activate type I interferons (IFNs) production to establish an antiviral state. To evade innate immune response, some viruses have evolved mechanisms to mimics cap 1/2.HIV-1 does not encode a 2'O-MTase activity. However, owing to its interaction with TRBP, FTSJ3 is recruited at the 5' end of the viral genome and methylates TAR RNA in vitro. When capped by FTSJ3, TAR does not induce type I IFNs anymore when transfected in monocytic cell line U937. Conversely, HIV-1 viruses produced in FTSJ3 knock-down cells triggers type I IFNs expression through MDA5 sensing. This virus is attenuated, expressed in low amounts because of a block at the level of HIV-1 nuclear import. This study shows that FTSJ3 is recruited to HIV-1 5' end TAR sequence by TRBP and facilitates HIV-1 replication. HIV-1 RNA capping allows HIV-1 escape from MDA5 sensing and type I IFN induction. This study highlights a new way of HIV-1 escape from innate immune system.

Les cellules dendritiques (DCs) détectent les particules virales et présentent les antigènes viraux afin d’organiser la réponse immunitaire. La réplication virale dans les DCs induit une réponse immune cytosolique. Comment les DCs tolèrent les virus afin de maintenir leur intégrité fonctionnelle est inconnu. Les DCs sont organisées en sous-populations distinctes d’un point de vue ontogénique. Nous avons observé que le virus du VIH et de la grippe infectaient préférentiellement les DCs CD1c+ par rapport au DCs CD141+ et aux pDCs. La réplication de ces virus au sein des DCs CD1c+ est essentielle afin d’établir une activation efficace des lymphocytes T CD8+ et d’assurer une détection cytosolique. Les DCs CD141+ et les pDCs, quant à elles, répondent aux virus exogènes. L’étape de fusion virale virale est constitutivement réduite dans les DCs CD141+ et les pDCs en comparaison des DCs CD1c+. La petite GTPase RAB15 est exprimée sélectivement dans les DCs CD141+ et les pDCs et contribue à la résistance de ces deux sous-populations de DCs au VIH et à la grippe. La résistance sélective des sous-populations de DC à l’infection virale pourrait représenter un mécanisme de tolérance afin d’augmenter la réponse antivirale. / Dendritic cells (DCs) sense viral particles and present viral antigens to induce immune responses. Viruses also replicate in DCs, engaging cytosolic immune responses. How DCs tolerate viruses to ensure functional integrity is unknown. DCs are developmentally organized in distinct subsets. We find that HIV and influenza preferentially infect CD1c+ DCs over CD141+ DCs and pDCs. Replication in CD1c+ DCs was essential for efficient CD8+ T cell activation and cytosolic sensing, while CD141+ DCs and pDCs responded to exogenous virus. Viral fusion was constitutively reduced in CD141+ and pDCs compared to CD1c+ DCs. The small GTPase RAB15 expressed selectively in CD141+ and pDCs contributed to the resistance. Selective resistance of DC subset to viral infections may thus represent a tolerance mechanism to maximize antiviral responses.

La leptospirose, due aux bactéries Leptospira interrogans ou leptospires, est une zoonose ré-émergente de répartition mondiale et susceptible de se répandre en France en raison du réchauffement climatique. Les rongeurs, en particulier les rats, sont le réservoir asymptomatique des leptospires. Chez l’Homme, l’infection conduit soit à un syndrome pseudo-grippal bénin, soit à la maladie de Weil, qui se traduit par des déficiences hépatiques, rénales et pulmonaires sévères pouvant entraîner la mort. Le laboratoire a montré que les leptospires échappent à la détection par certains récepteurs de l’immunité innée de la famille des Toll-like (TLR). En effet, le lipopolysaccharide (LPS) des leptospires – composant majeur de la membrane externe – est atypique et n’est pas reconnu par le TLR4 humain, contrairement au LPS de la plupart des bactéries à Gram négatif. Cependant chez la souris, le LPS des leptospires est reconnu par le TLR4 et permet une élimination de la bactérie. Au cours de cette thèse, nous avons mis en évidence un nouveau mécanisme d’échappement des leptospires à la reconnaissance par les récepteurs de l’immunité innée Nod1 et Nod2, reconnaissant les fragments de dégradation du peptidoglycane bactérien, appelés muropeptides. Nous avons montré que la liaison au PG d’une lipoprotéine, la LipL21, spécifique de la membrane externe des leptospires, bloque la digestion en muropeptides et permet ainsi l’échappement des leptospires à la reconnaissance par les récepteurs Nods. Ceci constitue une nouvelle stratégie bactérienne d’échappement au système immunitaire inné. En effet, jusqu’alors seules des modifications des sucres ou de la chaîne peptidique du peptidoglycane entraînant le blocage de la reconnaissance par les récepteurs Nods avaient été mis en évidence. Par ailleurs, nous avons développé – grâce à la construction d’une souche de leptospires pathogènes bioluminescents – un nouveau modèle d’étude de la leptospirose aiguë et chronique chez la souris, qui à l’instar des rats et contrairement à ce que l’on pensait, est un porteur asymptomatique et chronique des leptospires dans les reins. Ce modèle biphasique de la leptospirose nous a permis de mettre en évidence que les leptospires sont protégés de l’action des antibiotiques lorsqu’ils sont dans les reins, alors qu’ils y sont sensibles lors de la phase aiguë. Ces résultats suggèrent deux mécanismes différents participant à l’échappement des leptospires au système immunitaire de l’hôte : d’une part, la lipoprotéine LipL21 joue un rôle dans le blocage de la reconnaissance du peptidoglycane par les récepteurs Nods et d’autre part, les leptospires échappent aux défenses de l'hôte par la colonisation rénale chez la souris. / Leptospirosis is a widespread zoonosis caused by the bacterium Leptospira interrogans (L interrogans). In humans, infection with L. interrogans can cause either a mild disease or in more severe cases, multi-organ failure potentially leading to death. Leptospires escape from the innate immune response by evading detection by Toll-like receptors (TLR). Indeed, the lipopolysaccharide (LPS) outer membrane component of Leptospira is atypical as, unlike most Gram-negative bacteria, it is not recognized by human TLR4. However, leptospiral LPS is recognized by murine TLR4, facilitating clearance of leptospires in mice. During my doctoral thesis, we revealed a new mechanism of leptospiral escape from recognition by Nod1 and Nod2 innate immune receptors. We have shown that a specific leptospiral outer membrane lipoprotein, LipL21, impairs muropeptides digestion and therefore avoids activation of Nod1 and Nod2 receptor-mediated pathways. This constitutes a new strategy of bacterial escape from Nod1 and Nod2 receptor recognition. Indeed, until now, only modification of the peptidoglycan sugar or peptide side-chain chemistry was shown to participate in evasion of Nod receptor recognition. Furthermore, through the construction of a bioluminescent pathogenic Leptospira strain, we were able to develop a new murine model to study acute and chronic leptospirosis. We found that, after the acute phase of leptospirosis, infected mice become asymptomatic, but exhibit chronic carriage of Leptospira in the kidneys, as in rat models of leptospirosis. This biphasic leptospirosis model allows us to highlight leptospiral renal colonization as a stealth escape strategy from the blood defenses and antibiotics. Our results reveal two new mechanisms that contribute to leptospiral escape from the host immune system: on one hand, LipL21 lipoprotein plays a role by facilitating evasion of peptidoglycan recognition through Nod1 and Nod2 receptors, and on the other hand, leptospires escape from host defenses by colonising a renal niche in mice. Together, these findings provide novel insight into the ability of Leptospira to cause serious and chronic morbidity in humans.

Dans le cadre de l’étude de la régulation de la synthèse de la cytokine pro-inflammatoire TNF-alpha dans les cellules myéloïdes stimulées aux lipopolysaccharides, nous avons pu mettre en évidence que l’effet anti-inflammatoire du nicotinamide (NAM) sur la production de cette cytokine s’opère au niveau de l’état de phosphorylation de la MAPK p38. Une diminution de la concentration intracellulaire de NAD entraine également une inhibition de la phosphorylation de la MAPK p38 en réponse aux lipopolysaccharides. De plus, une étude pharmacologique plus ciblée suggère que les sirtuines, une famille d’enzymes consommatrices de NAD, sont impliquées dans cette régulation. Nos résultats indiquent que ce processus s’effectuerait par un contrôle de l’expression des gènes mkp-1 et pac-1 codant pour des « dual-phosphatases » modulant l’état de phosphorylation des MAPKs. Enfin, nos données indiquent que l’effet anti-inflammatoire du NAM s’opère aussi par une régulation de l’efficacité traductionnelle du messager du TNF-alpha impliquant un raccourcissement de la queue poly(A) du messager. En conclusion, l’ensemble de nos données montre une complexité importante dans la régulation de la production de TNF-alpha dans les cellules myéloïdes par des enzymes consommatrices de NAD, dont les sirtuines. / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La symbiose est un phénomène ubiquitaire dans la nature et joue un rôle évolutif majeur. Alors que la communauté scientifique reconnaît désormais l’importance des associations symbiotiques dans de nombreux processus biologiques et pathologiques chez les animaux, la compréhension des mécanismes de contrôle, de tolérance et de modulation des populations symbiotiques est un enjeu majeur. Pour aborder ces questions, j’ai étudié l’association entre le charançon Sitophilus et la bactérie intracellulaire Sodalis pierantonius. Sitophilus héberge son endosymbiote dans des cellules spécialisées, les bactériocytes, regroupées en un organe, le bactériome. En retour, S. pierantonius fournit à son hôte des nutriments présents en faibles quantités dans son alimentation, les céréales. S. pierantonius étant immunogène pour son hôte, dans un premier chapitre, j’ai étudié les régulations immunitaires spécifiques au bactériome assurant le maintien de l’homéostasie immunitaire. J’ai dans un premier temps montré que la compartimentalisation des endosymbiotes, limitant les contacts immunitaires avec l’hôte, repose sur l’expression IMD-dépendante d’un peptide antimicrobien, une régulation similaire aux réponses immunitaires aux pathogènes. Ensuite, j’ai montré comment l’immunogénicité des endosymbiotes, via son peptidoglycane, est limitée par des Protéines de Reconnaissance du PeptidoGlycane (PGRP). Le peptidoglycane symbiotique ne semble pas être reconnu dans le bactériome, et sa reconnaissance systémique est contenue par l’action locale de PGRP-LB. Cette protéine clive le peptidoglycane symbiotique, empêchant ainsi l’activation chronique du système immunitaire systémique. Dans un deuxième chapitre, j’ai étudié comment, au cours de la métamorphose, le bactériome se réorganise complètement. Le bactériome larvaire se dissocie, les bactériocytes migrent le long de l’intestin et forment de multiples nouveaux bactériomes. Une approche de dual-RNAseq nous a permis de révéler l’implication à la fois de l’hôte et du symbiote dans ce remodelage morphologique. Les résultats obtenus durant cette thèse montrent l’impact incommensurable des bactéries sur des processus immunitaires et développementaux, et sur l’évolution des animaux en général. / Symbiosis is ubiquitous in nature and plays a crucial role in evolution. As the scientific community is becoming increasingly aware of the importance of such associations in both biological and pathological processes in animals, understanding how symbiotic populations are controlled, tolerated, and modulated, is becoming a major stake. To address these questions, I studied the mutualistic association between the weevil Sitophilus and the intracellular bacterium Sodalis pierantonius. Sitophilus houses S. pierantonius in specialized host cells, the bacteriocytes, which group together in an organ, the bacteriome. In return, S. pierantonius provides its host with nutrients scarecely present in its cereal-based diet. S. pierantonius being immunogenic for its host, I studied in a first chapter how specific bacteriome immune regulations ensure the maintenance of host immune homeostasis. In a first part, I showed that endosymbiont compartmentalization, which limits host-endosymbiont immune contacts, relies on the IMD-dependent expression of one antimicrobial peptide, a regulation similar to that of immune responses in pathogenic conditions. Then, I showed how endosymbiont immunogenicity, via its peptidoglycan, is tamed by PeptidoGlycan Recognition Proteins (PGRPs). While symbiotic peptidoglycan would not be recognized within the bacteriome, its systemic recognition is circumscribed by PGRP-LB local action. PGRP-LB cleaves symbiotic peptidoglycan, thereby preventing a chronical and detrimental activation of the host systemic immunity. In a second chapter, I studied how, during metamorphosis, the bacteriome is completely remodeled. The larval bacteriome dissociates, bacteriocytes migrate along the midgut, and settle in multiple new bacteriomes. A dual-RNAseq approach allowed us to pinpoint both host and symbiont implication in this drastic morphological reorganization. The results obtained during this PhD show the immeasurable impact bacteria bear on host immune and developmental processes, and more generally on animal evolution.

Le facteur de transcription NF-κB régule l’expression d’une pléthore de gènes impliqués dans divers processus physiologiques notamment la prolifération et la survie cellulaires, l’inflammation ainsi que les réponses immunes. Il intervient également dans de nombreux processus pathologiques à l’exemple de certains cancers et maladies auto-immunes.L’activation de NF-κB suite à l’engagement de différents immunorécepteurs requiert la mise en place de larges signalosomes formés suite au recrutement de différents adaptateurs au niveau des immunorécepteurs engagés. Ces adaptateurs subissent des ubiquitinations non-dégradatives nécessaires pour la transduction du signal. Nous avons démontré dans un précédent travail que ces protéines ubiquitinylées s’accumulent au niveau de la membrane du réticulum endoplasmique (RE) via la protéine réticulaire Métadhérine (MTDH). De plus, nos résultats suggèrent que l’ubiquitination est un prérequis nécessaire à l’adressage de ces protéines au RE. Afin d’évaluer la contribution des E3 ubiquitine ligases en charge de relayer NF-κB au niveau des organites, nous avons effectué le crible d’une banque de siRNAs dirigés contre les 46 E3 ligases transmembranaires en utilisant comme modèle la signalisation du TNF récepteur. Ce crible nous a permis d’identifier l’E3 ligase RNF121 comme régulateur positif de NF-κB. Bien que le mécanisme d’action de RNF121 ne soit pas complètement élucidé, nos données suggèrent qu’il agirait au niveau de la régulation de l’inhibiteur de NF-κB « IκBα ».Durant la deuxième partie de cette thèse, je me suis intéressée à la dynamique mitochondriale. Les mitochondries sont des organites dynamiques, dont la forme est maintenue grâce à une balance entre deux processus antagonistes appelés : fission et fusion. Il a été rapporté qu’en présence de certains stress modérés, les mitochondries hyperfusent, ce processus est appelé SIMH (Stress-Induced Mitochondrial Hyperfusion). Nous avons pu démontrer que la SIMH s’accompagne de l’activation de la voie canonique du facteur de transcription NF-κB via l’E3 ubiquitine ligase mitochondriale MULAN. Nos résultats suggèrent que durant le SIMH, MULAN forme un complexe avec TRAF2 et module son ubiquitination. Ces résultats suggèrent que la mitochondrie, de part sa dynamique, convertie un signal de stress en un signal de survie via l’activation de NF-κB. Pris dans leur ensemble, nos résultats illustrent la complexité de la régulation de NF-κB par ubiquitination et attribuent aux organites un nouveau rôle dans la transduction de la signalisation. / The transcription factor NF-κB regulates the expression of several genes implicated in various physiological processes such as cell proliferation and survival, inflammation and immune responses. Dysregulation of its activation is involved in diverse pathologies such as cancer and auto-immune diseases. Following the engagement of immunoreceptors, NF-κB signaling requires a large signalosome assembly containing different adaptor proteins. These adaptors undergo poly-ubiquitinylation in a non-degradative manner, which is essential for signal transduction. We demonstrated in previous work that these ubiquitinylated proteins accumulate at the surface of the endoplasmic reticulum (ER) via a reticular protein called “Methaderin” (MTDH). Furthermore, our results suggest that ubiquitinylation is a necessary prerequisite for protein addressing to the ER. To evaluate the contribution of E3 ubiquitin ligases in this process we performed a screen of a siRNA bank, targeting the 46 human transmembrane E3 ligases, using the TNF receptor signaling as a model. This screen enabled the identification of RNF121, a Golgi E3 ligase, as a positive regulator of NF-κB. Although the mechanism by witch RNF121 acts is not yet elucidated, our data suggest that it acts on the regulation of NF-κB inhibitor (IκBα). In the second part of this thesis, we investigated mitochondrial dynamics. Mitochondria are dynamic organelles; their shape is maintained due to a balance between two antagonist processes called: fusion and fission. It is known that moderate stress triggers mitochondrial hyperfusion, this process is called: SIMH (Stress-Induced Mitochondrial Hyperfusion). During this thesis, we demonstrated that SIMH is accompanied by NF-κB activation through the mitochondrial E3 ubiquitin ligase MULAN. Our results suggest that during SIMH, MULAN forms a complex with the protein TRAF2 and modulates its ubiquitinylation to allow NF-κB signaling transduction. This work shows that, through their dynamics, mitochondria convert stress signals into a prosurvival response via NF-κB activation.In summary, our results illustrate the complexity of the ubiquitin-dependant regulation of NF-κB and attribute a new role in signaling transduction to the organelles.

Francisella tularensis, l'agent de la tularémie, est une bactérie intracellulaire capable d'infecter un grand nombre de cellules dont les macrophages. Le système immunitaire inné cytosolique est capable de détecter la bactérie à différents stades de son cycle d'infection. Dans un premier temps, le macrophage détecte la bactérie cytosolique et produit de l'interféron de type I. Cet interféron induit l'expression de milliers de gènes. Le macrophage est ensuite capable de détecter l'ADN cytosolique de la bactérie via un récepteur spécifique AIM2. La liaison AIM2-ADN entraine la formation d'un complexe multi-protéique appelé inflammasome et se composant de AIM2-ASC-caspase-1. L'activation de ce complexe conduit à la maturation de la caspase-1. Caspase-1 permet la sécrétion de deux cytokines majeures antimicrobiennes : l'IL-1beta et l'IL-18. De plus, caspase-1 induit une mort programmée des cellules infectées appelée pyroptose. La sécrétion de cytokines et la pyroptose sont deux évènements majeurs pour lutter contre les pathogènes. Ma thèse a consisté à identifier le lien entre l'interféron et l'activation de l inflammasome AIM2 dans des macrophages infectés par la bactérie Francisella. En réalisant un crible a l'aide d'ARNs interférents, j'ai découvert que 2 protéines sont impliquées dans l'activation de cet inflammasome, les guanylate binding proteins 2 et 5 (GBP2 et GBP5). En collaboration avec l'équipe du Dr. Broz en Suisse, nous avons démontré que les GBPs étaient impliquées dans le contrôle de la réplication intracellulaire de Francisella et également dans la lyse de la bactérie permettant le relargage d'ADN et l'activation de l'inflammasome AIM2. Les GBPs sont induites par l'interféron de type I mais très majoritairement par l'interféron de type II (IFN- gamma). Nous avons mis en évidence que le contrôle de la réplication bactérienne est GB dépendant et inflammasome-dépendant en absence d'IFN- gamma mais qu'il devient totalement GB dépendant et inflammasome-indépendant dans des macrophages pré-stimulés avec de l'IFN- gamma. De plus, la mort des macrophages pré-stimulés avec de l'IFN- gamma et infectés par Francisella est également GBP-dépendante et inflammasome-indépendante. En prenant en compte tous ces résultats, nous concluons que les GBPs sont des protéines impliquées dans l'immunité des macrophages infectés par Francisella mais qu'elles ont un double rôle : d'une part celui d'induire l'activation de l'inflammasome (la pyroptose) sous le contrôle de l'interféron de type I et d'autre part, d'induire une mort cellulaire et la lyse des bactéries cytosoliques de manière indépendante de l'inflammasome sous le contrôle d'IFN- gamma. Nos résultats placent donc les GBPs comme les effecteurs majeurs de l'immunité cytosolique antibactérienne suite au traitement par l'IFN-gamma / Francisella tularensis is an intracellular bacterium, and the causative agent of tularemia, capable of infecting a large number of cells including macrophages. The innate cytosolic immune system is capable of detecting the bacterium at different stages of its infection cycle. Macrophages first detect the DNA of the cytosolic bacterium and produce type I interferon. Type I interferon subsequently induces the expression of thousands of genes. The macrophages then detect the cytosolic DNA of the bacterium via a cytosolic DNA sensor called AIM2. The AIM2-DNA binding results in the formation of a multi-protein complex called the AIM2 inflammasome composed of AIM2-ASC-caspase-1. Activation of this complex leads to the maturation of caspase-1. Caspase-1 activation leads to the secretion of two major antimicrobial cytokines, IL-1ß and IL-18. In addition, caspase-1 induces a programmed cell death termed pyroptosis. Cytokine secretion and pyroptosis are two major events in the control of pathogens. My PhD focused in identifying the link between interferon and activation of the AIM2 inflammasome in macrophages infected with the pathogenic bacterium Francisella. I performed a RNA interference screening and identified two proteins involved in the activation of the AIM2 inflammasome: guanylate binding proteins 2 and 5 (GBP2 and GBP5). In collaboration with Dr. Broz’s team in Switzerland, we demonstrated that GBPs are involved in the control of intracellular replication of Francisella and also in the lysis of the bacterium allowing the release of bacterial DNA and the activation of inflammasome AIM2. GBPs are induced by type I interferon but to a much greater extent by type II interferon (IFN-gamma). In the second part of my work, we demonstrate that the control of bacterial replication is GBP-dependent and inflammasome-dependent in the absence of IFN-gamma but that it becomes fully GBP-dependent and inflammasome-independent in macrophages primed with IFN-gamma. Cell-death of macrophages primed with IFN-? and infected with Francisella is also GBP-dependent and inflammasome-independent. Taken together, these results demonstrate that GBPs are innate immunity proteins involved in the death of macrophages and the bacterial growth restriction through two differents pathways : one induces the activation of inflammasome (induction of Pyroptosis) controlled with type I interferon signaling and, another induces cell-death and bacterial killing in an inflammasome-independent manner under the control of IFN-gamma. Our results thus discriminates the antimicrobial action of the inflammasome and of GBPs and position GBPs as the master antibacterial effectors of IFN-gamma, a key cytokine to fight cytosolic bacteria

TLR3 est un récepteur endosomal qui détecte les doubles brins d’ARN produits par HSV-1 lors de sa réplication. La majorité des patients déclarés portants des mutations dans le gène TLR3 ont souffert de l’encéphalite herpétique (EH) sans autre phénotype clinique majeur. Nous avons décrit trois patients présentant des mutations dans le gène TLR3. Ici, nous reportons trois nouvelles formes de défaut AD de TLR3: G743D+R811I et L360P, qui chez deux patients confèrent un défaut AD de TLR3 par dominance négative et haplo-insuffisance; et R867Q, qui confère à un patient un défaut partial AR de TLR3. Les fibroblastes des patients présentent une diminution des réponses médiées par TLR3 et sont plus susceptibles à l’infection par le HSV-1. Le défaut de TLR3 est donc présent chez six (5%) patients sur les 120 EH patients étudiés. De plus, de façon surprenante, nous avons identifé deux mutations dans le gène TLR3 chez deux patients présentant des pneumonies sévères dues au virus de l’influenza A (IAV). Deux patients sont hétérozygotes pour les mutations P554S et P680L dans le gène TLR3. Il a été reporté que P554S est délétère et exerte un effet dominant-négatif chez les patients d’EH. P680L est aussi délétère et cause un défaut AD de TLR3 par haplo-insuffisance. Les fibroblastes hétérozygotes pour la mutation P680L ainsi que les cellules épitheliales pulmonaires dérivées de iPSCs présentent une susceptibilité accrue à IAV. Ces résultats suggèrent que le défaut de TLR3 ne cause pas seulement l’EH mais aussi des pneumonies IAV sévères via une diminution des réponses immunitaires dépendantes de TLR3 et médiées par IFN intrinsèques au système nerveux central et aux poumons. / TLR3 is an endosomal receptor for dsRNA, an intermediate of viral replication. Most of the reported human TLR3 deficiency related to life-threatening HSV-1 encephalitis (HSE), in otherwise healthy children. To date, we have described 3 patients with TLR3 deficiency and 7 patients with TLR3 pathway gene deficiency. We herein report the three novel forms of TLR3 deficiency: G743D+R811I and L360P in two patients underlie AD TLR3 deficiency due to dominant negative (DN) and haploinsufficiency, respectively, and R867Q in one patient leads to a partial AR TLR3 deficiency. The patients’ fibroblasts display impaired TLR3 responses and enhanced HSV-1 susceptibility. TLR3 deficiency is therefore a relatively common in childhood HSE, as it is found in six (5%) of the 120 patients studied. In addition, we surprisingly found two TLR3 mutations in two patients with influenza A virus (IAV) pneumonitis. The pathogenesis of isolated severe influenza is largely unknown, until we recently reported a child with AR IRF7 deficiency. Two patients are each heterozygous for P554S and P680L in TLR3. P554S is previously found to be deleterious and DN in HSE patients. P680L is also deleterious and causes AD TLR3 deficiency by haploinsufficiency. We show that P680L heterozygous fibroblasts fail to produce IFN-β and -λ upon poly(I:C) and IAV infection. Furthermore, both P680L heterozygous and AR TLR3-deficient fibroblasts and iPSCs-derived lung epithelium display enhanced susceptibility to IAV, like IRF7-deficient cells. These findings suggest that TLR3 deficiency underlies not only HSE but also severe influenza due to impaired TLR3-dependent, IFN-mediated, CNS or lung-intrinsic antiviral immunity.

Le virus de l’hépatite B (HBV) est l’agent étiologique de l’hépatite B. Ce virus est responsable d’hépatite chronique B, de cirrhose et de cancer du foie au niveau mondial. L’absence d’activation de la voie Interféron (IFN) suite à l’infection par HBV est encore mal comprise. Récemment, le senseur cellulaire cytosolic GMP-AMP synthase (cGAS) a été décrit comme un senseur efficace de DNA double brin possédant également une activité antivirale envers des virus à ADN et à ARN. Le but de mes travaux de thèse a été de contribuer à la compréhension des relations existants entre le HBV et cGAS, à des stades précoces et tardifs de l’infection HBV en utilisant des expériences de perte- et gain- de function ainsi que du profilage génomique des génes apparentés à cGAS dans un modéle cellulaire permissif au HBV. Mes travaux ont démontré (1) que cGAS exerce une forte activité antivirale envers le HBV incluant une réduction de la forme nucléaire du génome, le cccDNA; (2) alors que le rcDNA génomique nu est reconnu par la voie cGAS/STING et induit une réponse IFN efficace, la nucléocapside virale protège le DNA génomique viral et l’empêche d’être détecté par la réponse immunitaire innée; et (3) que l’infection par HBV diminue l’expression des acteurs de la voie cGAS-STING et des gènes impliqués dans la réponse immunitaire innée in vitro et in vivo. Ce dernier point met en lumière le rôle de cGAS dans un nouveau mécanisme d’échappement du HBV au système immunitaire inné dans les cellules hépatocytaires et dans ce mécanisme. / Chronic hepatitis B virus (HBV) infection is a major cause of liver disease and cancer worldwide. The mechanisms of viral genome sensing and the evasion of innate immune responses by HBV infection are still poorly understood. Recently, the cyclic GMP-AMP synthase (cGAS) was identified as a DNA sensor. In this PhD work, we aimed to investigate the functional role of cGAS in sensing of HBV infection and elucidate the mechanisms of viral evasion. We performed functional studies including loss- and gain-of-function experiments combined with cGAS effector gene expression profiling in an HBV infection-susceptible cell culture model. Collectively, our data show that (1) the cGAS-STING pathway exhibits robust antiviral activity against HBV infection including reduction of viral cccDNA levels; (2) naked HBV genomic rcDNA is sensed in a cGAS-dependent manner whereas packaging of the viral genome during infection abolishes host cell recognition of viral nucleic acids; (3) HBV infection down-regulates the cGAS/STING pathway actors as well as innate immune effector gene expression in vitro and vivo. Overall, this work led to describing new aspects of the complex interaction between HBV and the DNA sensor cGAS in hepatocytes.