Le virus de la rougeole est un agent pathogène responsable d’immunosuppressions transitoires mais sévères chez les individus infectés. L’infection par ce virus peut ainsi mener à l’établissement d’infections secondaires opportunistes, souvent décrites chez les patients rougeoleux. Cependant, la contribution du virus de la rougeole sur des infections secondaires à l’échelle de la cellule co-infectée n’a jamais fait l’objet d’études. Notre équipe à précédemment démontré que le virus de la rougeole induit une autophagie productive dans les cellules infectées, requise pour une réplication optimale du virus. À l’opposé, certains pathogènes comme la bactérie Salmonella typhimurium sont restreints par l’autophagie. Le but de cette thèse est d’étudier la contribution de l’autophagie sur la prolifération bactérienne en condition de co-infection avec le virus de la rougeole. Au cours du projet, nous avons identifié que dans les cellules co-infectées avec le virus de la rougeole, la bactérie Salmonella typhimurium hyperprolifère. Cette prolifération intense prend place essentiellement dans des cellules multinucléées géantes (syncytia) formées par le virus. En outre, la bactérie, normalement localisée dans une vacuole cellulaire, se localise dans le cytosol de ces syncytia et semble insensible à l’autophagie. Au cours de cette thèse, nous avons identifié que le facteur antimicrobien TBK1 pourrait être détourné par l’infection virale, contribuant ainsi à l’échappement de la bactérie à l’autophagie. Ce travail de thèse met ainsi en évidence une nouvelle possibilité d’échappement de bactéries à l’autophagie lors d’une co-infection virale. / Measles virus is a pathogenic agent responsible for transient but severe immunosuppression in infected individuals. The infection can lead to the establishment of secondary infections, frequently described in measles virus infected patients. Nevertheless, Measles virus contribution to secondary infection at cell scale level have never been studied yet. Our team has previously described that Measles virus induce a fully functional autophagy in infected cells, which is mandatory for an efficient viral replication. On the opposite, some pathogens, as the bacteria Salmonella typhimurium are restricted by autophagy. The aim of this PhD project is to study the contribution of autophagy on bacterial proliferation upon Measles virus co-infection at cell level. During this project, we have identified that in Measles virus coinfected cells, Salmonella typhimurium hyperproliferates. This exacerbated proliferation takes place in multinucleated giant cells induced by the virus, which are called syncytia. In addition, the bacteria, which is normally localized in cellular vacuole, is localized directly inside the cytosol of syncytia. Furthermore, cytosolic bacteria appears to be insensitive to autophagy. During this PhD project, we have identified that the cellular factor TBK1 could be hijack by the viral infection. Thus, this could allow the auophagic escape of the bacteria. This study highlight a new opportunity of autophagic escape of bacteria during a viral co-infection.

Les IDPs sont des protéines dépourvues de structure 3D unique en solution et en l'absence de leur(s) partenaire(s). Ces protéines possèdent des propriétés d'interactions avec leurs partenaires uniques.L'extrêmité C-terminale de la nucléoprotéine du virus de la rougeole, NTAIL, est une IDP. NTAIL interagit avec XD, le domaine C-terminal globulaire de la phosphoprotéine virale, via la box2 qui est un a-MoRE. Cette interaction permet le recrutement de la protéine L afin de former la polymérase virale.J'ai pu montrer que la contribution des différents résidus au sein de l'a-MoRE dépend de l'orientation de leur chaîne latérale, et que la substitution d'un seul acide aminé crucial a des effets dramatiques sur la réplication virale.Les IDPs conservent un désordre résiduel non négligeable au sein du complexe. Cela se manifeste par la présence des régions « fuzzy » de part et d'autres du MoRE. Nous avons montré que la région « fuzzy » en amont de la box2 inhibe l'établissement de l'interaction entre NTAIL et ses partenaires.Lors de l'interaction avec leurs partenaires les IDPs subissent en général un gain de structure. Le repliement associé à l'interaction peut avoir lieu avant ou après interaction. Des études précédentes ont montré l'existence d'une pré-structuration partielle de l'alpha-MoRE de NTAIL. L'interaction entre NTAIL et XD a été étudiée et a permis de conclure que NTAIL se replie selon un mécanisme de repliement induit.Dans leur ensemble, ces études contribuent à éclaircir les mécanismes moléculaires qui gouvernent la reconnaissance de partenaires par les IDPs. / IDPs are proteins devoided of a unique and stable 3D structure in solution and in the absence of their partners. Those proteins possess unique properties, as well as mechanisms of interaction with their partners.The C-terminal region of the nucleoprotein of measles virus, NTAIL, is an IDP and interacts with XD, the globular C-terminal domain of the viral phosphoprotein, via the box2 region that is an (alpha-MoRE). This interaction allows to recruit the L protein in order to form the viral polymerase.The aim of my work was to characterize the molecular basis of NTAIL-XD interaction. I was able to show that the contribution of the amino acids among box2 depends on the orientation of their lateral chain, and that the substitution of one single amino acid has drastic effect upon the viral replication.IDPs keep a non-negligible amount of residual disorder among the complex. This fuzziness can have multiple forms, like the presence of fuzzy regions from either side of the MoRE. The impact fuzzy regions have within the complex is not well known. We demonstrated that the fuzzy region upstream box2 inhibits the settlement of the interaction between NTAIL and its partners.When interacting with their partners, IDPs generally undergo a folding associated with binding that can take place either before or after the interaction. The interaction between NTAIL and XD was investigated and monitored by fluorescence kinetic measurements, using variants bearing a tryptophan substitution. We concluded without any doubt that NTAIL folds under an induced folding mechanism.Those studies together contribute to enlighten the molecular mechanisms that govern partner recognition by the IDPs.

L’ordre viral des Mononegavirales contient de nombreux virus pathogènes tels que le virus de la rougeole, le virus de la rage, le virus des oreillons ou encore le virus Ebola. Ces virus mettent tous en place des mécanismes moléculaires similaires, notamment concernant la synthèse des ARN viraux. Le complexe polymérase, composé de la polymérase virale (L) et de la phosphoprotéine (P), possède un fonctionnement encore obscur et unique dans le monde du vivant, notamment car il utilise une matrice enchâssée dans une gaine protéique. La formation de ce complexe a été étudiée et la protéine chaperon HSP90 (« Heat Shock Protein of 90 kD ») s’est révélée nécessaire à la formation du complexe. L’inhibition de l’activité d’HSP90 entraine l’ubiquitination et la dégradation de la protéine L par le protéasome. Les protéines P et HSP90 sont toutes les deux nécessaires au repliement de la protéine L et à la formation d’un complexe P-L stable, soluble et fonctionnel. Les domaines de P impliqués dans la formation du complexe, ont également été cartographiés et révèlent des interactions complexes entre P et L, mêlant liaison, stabilisation, repliement et fonction. Enfin, une interaction entre P et la protéine virale C, connue pour inhiber la synthèse des ARN viraux, a été identifiée, cartographiée et ouvre des perspectives quant aux mécanismes moléculaires sous-jacents à son effet inhibiteur. / The Mononegavirales order contains several pathogens like measles, rabies, mumps and Ebola viruses. These viruses share numerous homologous molecular mechanisms and in particular they have a highly conserved RNA synthesis machinery that is unique in the living world. Indeed, the polymerase complex, composed of the polymerase (L) and the phosphoprotein (P), uses a template of RNA recovered by a sheath made of nucleoproteins. The formation of the complex was investigated and the chaperone protein HSP90 (Heat Shock Protein of 90 kD) was shown to be required for the formation of the complex. The inhibition of HSP90 activity induces the ubiquitinylation and the degradation of the L protein by the proteasome. Both P and HSP90 are required to form stable, soluble and functional polymerase complexes. The domains of P involved in the formation of the complex have been mapped and they show that the interplay between P and L is complex with at least three identified functions: binding, folding and function of the polymerase complex. Finally, an interaction between P and the viral C protein, known to inhibit the viral RNA synthesis, have been identified, mapped and allows new perspectives concerning the molecular mechanism underlying its inhibitory effect.

Les virus Nipah (NiV) et Hendra (HeV) appartiennent au genre Henipavirus au sein de la famille des Paramyxoviridae. Cette famille comporte de nombreux pathogènes tel que le virus de la rougeole (MeV). Les paramyxovirus possèdent un génome de type ARN simple brin encapsidé par la nucléoprotéine (N) au sein d'une nucléocapside hélicoïdale. N interagit avec la phosphoprotéine (P) et cette dernière recrute la polymérase (L) qui assure la transcription et la réplication du génome viral. L'objectif de mon projet de thèse était de caractériser les protéines N et P ainsi que les interactions qui existent entre elles chez les trois virus, NiV, HeV et MeV. A la différence du MeV, qui a été intensivement étudié au cours des dernières années, les données moléculaires et structurales sur les Henipavirus étaient très limitées. A l'aide d'analyses computationnelles, nous avons pu déchiffrer l'organisation modulaire de N et de P, et nous avons montré que les régions, C-terminale de N (NTAIL) et N-terminale de P (PNT), sont prédites comme intrinsèquement désordonnées (RIDs). Les RIDs sont des régions fonctionnelles dépourvues de structures secondaires et tertiaires stables dans des conditions physiologiques. En utilisant des approches biochimiques et biophysiques, nous avons confirmé que NTAIL et PNT sont désordonnées. Elles conservent toutefois des structures secondaires transitoires qui pourraient correspondre à des éléments de reconnaissance moléculaire (ou MoREs) impliqués dans de transitions structurales en présence d'un partenaire. / The Paramyxoviridae family includes many important human and animal pathogens, such as measles virus (MeV), a morbillivirus, and the emerging Nipah (NiV) and Hendra (HeV) viruses, members of the Henipavirus genus. Paramyxoviruses possess a negative-strand RNA genome that is encapsidated by the nucleoprotein (N) into a helical nucleocapsid. N interacts with the phosphoprotein (P), and this latter recruits the polymerase that ensures genome replication and transcription. My PhD project has mainly focused on the characterization of the N and P proteins and on the interactions between these two proteins from the three cognate viruses, namely NiV, HeV and MeV. While MeV has been extensively studied through the past years, structural and molecular information on Henipavirus N and P proteins were rather scarce. Using computational analyses, we deciphered the modular organization of Henipavirus N and P. Intrinsically disordered regions (IDRs) were predicted within these proteins, notably at the C-terminus of N (referred to as NTAIL), and at the N-terminus of P (referred to as PNT). IDRs are functional despite they lack of a well-defined 3-D structure under physiological conditions. Biochemical and biophysical approaches pointed out a mostly disordered state for both NTAIL and PNT, although they were shown to contain short-order prone segments (i.e. molecular recognition elements, MoREs). These latter are involved in partner recognition and in disorder-to-order transitions. The C-terminal domains of the P proteins (referred to as PXD) were found to bind to NTAIL and to induce an α-helical transition thereof.

La vaccination anti-rougeoleuse a permis de freiner le développement de cette infection responsable de près d'un demi-million de décès par an. Afin de mieux appréhender la biologie du virus de la rougeole (VR), nous avons étudié l'adaptation de ce virus au contexte cellulaire et établi une modélisation mathématique du cycle viral.<br />L'analyse génétique d'une souche sauvage, G954-PBL, et d'une souche adaptée par 13 passages en cellules Vero, G954-V13, a mis en évidence uniquement 5 substitutions d'acides aminés. Ces mutations ont affecté la athogénicité de la souche qui est devenue atténuée dans un modèle de souris transgéniques pour l'un des récepteurs du VR. L'adaptation à un contexte cellulaire au cours de la propagation limite la croissance d'une souche dans un autre environnement, sauf dans le cas des souches vaccinales, robustes. Contrairement au dogme établi, les IFN de type I ne semblent pas jouer un rôle majeur dans cette atténuation.<br />En parallèle, nous avons développé deux approches mathématiques du cycle viral permettant de mieux interpréter les interrelations virus/cellule. A l'échelle moléculaire, nous proposons plusieurs hypothèses du fonctionnement de la polymérase virale, permettant d'établir le gradient d'ARNm critique pour le développement du virus. Dans une optique multi-échelle, nous avons également modélisé l'ensemble du cycle infectieux du VR. Ces travaux constituent les bases d'une approche inédite de la pathogénie de ce virus.<br />A travers plusieurs approches expérimentales, ces travaux mettent en avant l'aspect complexe du virus de la rougeole et permettent d'envisager de nouvelles pistes thérapeutiques.

Le virus de la rougeole (MeV) est capable d'infecter et de persister dans le système nerveux central (SNC). Dans de rares cas, l'infection du SNC donne lieu à l'apparition de complications neurologiques dramatiques pour lesquelles aucun traitement n'est disponible à ce jour. Les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans l'infection et la dissémination du virus au travers du tissu cérébral sont encore mal connu. C'est pourquoi nous avons développé et caractérisé la culture organotypique d'hippocampe et cervelet de modèle animaux. Nous avons montré qu'au cours de la culture des tranches, une astrogliose se produit et que celle-ci est accompagnée d'une réaction proinflammatoire et d'un état antiviral qui les rendent réfractaires à l'infection. Par contre, les coupes infectées le jour de la préparation, sont susceptibles à l'infection, même en l'absence des récepteurs cellulaires SLAM et Nectin4 utilisés par les souches sauvages de MeV, permettant une étude comparative du tropisme cellulaire initial. De plus, le MeV est capable de se disséminer au sein des coupes au cours du temps. Cette dissémination est maintenue si le résidu Y543 de l'hémagglutine virale est muté, ce qui interdit l'utilisation de Nectine 4. Par contre la dissémination implique le résidu R533 qui est indispensable pour l'utilsation du récepteur SLAM. Celui-ci étant absent du cerveau, nos résultats suggèrent qu'un récepteur inconnu fixant l'hémagglutine permet au MeV de se disséminer dans le SNC et nous permet d'envisager son identification / Measles virus (MeV) is able to infect and persist in the central nervous system (CNS), leading to a progressive neurological disease for which no treatment are available. The cellular and molecular mechanisms involved in the infection and spreading of MeV through brain are still poorly understood. In order to elucidate these mechanisms, we have developed and characterized organotypic culture of the hippocampus and cerebellum from rodent models. Here, we showed that the culture procedure give rise to an astrogliosis, a proinflammatory response and an antiviral state which result in an infection resistant profile. When infected on the day of the preparation, slices are susceptible to MeV infection, even in the absence of expression of a known cellular receptor for this virus, namely human SLAM and nectin 4, allowing a comparative study of initial cellular tropism. Additionally, the MeV is able to further spread within the slices. MeV dissemination did not required haemagglutinin Y543 residue, a key residue required forNectin-4 usage while , the mutation of the SLAM specific residue R533 is prevent MeV spreading through brain slices . This finding indicates that the MeV haemagglutinin, would recognize, via its R533 residue, an unknown brain receptor and paves the way for its identification

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

Cette thèse porte sur la modélisation des comportements individuels de vaccination. Lorsque la vaccination est libre, les individus peuvent décider ou non de se vacciner, et ces décisions influencent la propagation de la maladie. Nous proposons une approche de modélisation flexible qui permet de prendre en compte ces décisions individuelles dans les modèles de simulation épidémiologiques.Dans le Chapitre 1, nous étudions la décision de vaccination face à une maladie inspirée de la rougeole. Nous montrons comment inclure les décisions de vaccination dans un modèle épidémiologique en les calculant comme un point fixe fonctionnel. Nous obtenons des résultats pour un modèle avec taux de mort et de naissance, et perte d'immunité vaccinale. Nos résultats sur longue période de temps mettent en évidence des pics épidémiques récurrents. À titre de comparaison, nous produisons également des résultats pour des individus ayant un comportement adaptatif.Les objectifs du Chapitre~2 sont (i) de montrer que la boucle entre prévalence et comportements individuels ne peut pas être négligée dans les évaluations de politiques de santé publique, et (ii) de présenter un outil pour les inclure dans ces évaluations. Nous développons l'exemple de la vaccination obligatoire contre la rougeole. Notre modèle épidémiologique est le modèle SIR habituellement utilisé pour représenter la rougeole. Nos résultats suggèrent que l'anticipation de la vaccination obligatoire peut conduire à une augmentation transitoire de la prévalence avant l'éradication à long terme de la maladie. Ceci conduirait à d'importants transferts d'utilité entre générations. Ironiquement, dans notre scénario, des individus anti-vaccins sont parmi ceux qui bénéficient le plus de la vaccination obligatoire.Dans le Chapitre~3, nous partons du constat que la comparaison des coûts de vaccination avec le risque d'être infecté par la rougeole peine à expliquer la couverture vaccinale relativement élevée (bien que souvent insuffisante) dans les pays développés. Nous discutons l'hypothèse selon laquelle la vaccination est un comportement coopératif. Nous mettons en œuvre des concepts d'équilibre et de punition habituellement utilisés en théorie des jeux répétés en donnant des arguments pour leur utilisation dans le contexte de la vaccination. Nos résultats indiquent que la menace d'une punition peut expliquer la vaccination lorsqu'elle serait normalement sous-optimale. / We tackle the issue of including individual vaccination decisions in epidemiological models. We draw on the example of Measles vaccination, and we focus on strategic interactions and anticipatory behavior. We contribute to a fuller account of such behaviors by developing a modeling approach intended as a tool for practitioners and theorists.In Chapter 1, we show how the interplay between individual anticipatory vaccination decisions and the otherwise biological dynamics of a disease may lead to the emergence of recurrent patterns. We consider a Measles-like outbreak, rational and far-sighted individuals, vital dynamics, and waning vaccine efficacy. This chapter illustrates the versatility of our approach. For comparison, we provide results for individuals with adaptive behavior.In Chapter 2, we investigate the effect of anticipatory behavior in a scenario where Measles vaccination becomes mandatory. When mandatory vaccination is announced in advance, we show that individuals may alter their vaccination behavior, thus causing an increase in prevalence before Measles is ultimately eradicated. These transition effects lead to non negligible welfare differences between generations. We consider an anti-vaccinationist subpopulation with a higher vaccination cost, and exhibit scenarios where anti-vaccinationists are among those who benefit the most from mandatory vaccination.In Chapter 3, we discuss whether coalitions of vaccinating individuals can account for the relatively high vaccination coverages observed in developed countries. We explain why and how retaliation concepts usually found in repeated games can be used in the context of vaccination, even though individuals vaccinate only once. This allows us to model how vaccinating individuals might retaliate against those who refuse vaccination. We show that retaliation threats can sustain vaccination where it would otherwise be suboptimal for individuals.

Environ 40 pour cent du protéome humain est composé d'importantes régions dépliées. Ces protéines intrinsèquement désordonnées (PID) n'adoptent pas de structures secondaires et tertiaires stables mais échantillonnent un vaste paysage conformationnel. Malgré cela, elles sont aujourd'hui connues pour intervenir dans de nombreux processus biologiques ou pathologiques. À l'instar des eucaryotes, les virus -- surtout les virus à ARN -- ont eux aussi recours aux propriétés particulières des PID pour effectuer les interactions nécessaires à leur réplication. Les paramyxovirus, comme le virus de la rougeole, sont des virus à ARN simple brin de polarité négative et environ 10 pour cent de leur génome de 15 à 18 kilobases code pour des régions dépliées. Cette thèse détaille l'étude de deux protéines virales directement impliquées dans la réplication, la nucléoprotéine et la phosphoprotéine. Elles interagissent l'une avec l'autre et sont composées à la fois de régions dépliées et repliées. Des données à résolution atomique ont été obtenues en spectroscopie par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) en ce qui concerne les parties désordonnées, et en cristallographie pour ce qui est des parties repliées. Les résultats apportent un nouvel aperçu du rôle du désordre conformationnel dans la transcription et la réplication des paramyxovirus. / About 40 percent of the human proteome contains large disordered regions. These intrinsically disordered proteins (IDPs) do not adopt stable secondary and tertiary structures, but sample a large conformational space. In spite of that, they are now known to be involved in many physiological as well as pathological processes. Following the example of eukaryotes, viruses -- especially RNA viruses -- benefit from the particular features of IDPs in their replication machinery. Paramyxoviruses, that includes Measles virus, are single stranded, negative sense RNA viruses and about 10 percent of their 15 to 18 kilobase RNA genome is known to encode for disordered regions. This thesis focuses on the study of two different proteins of paramyxoviruses, namely the nucleoprotein and the phosphoprotein that are directly involved in the replication of the viral genome. They interact with each other and are composed of folded and disordered domains. Atomic resolution information is obtained about the structure and dynamics of these proteins using a combination of Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy measurements for the disordered parts and X-ray crystallography for the folded domains. The results provide novel insight into the role of conformational disorder in transcription and replication of paramyxoviruses.

Le virus de la rougeole est un virus à ARN négatif, membre de la famille des Paramyxoviridae. Le complexe de réplication viral comprend trois protéines principales : la polymérase à ARN ARN-dépendante (L), la nucléoprotéine (N) et la phosphoprotéine (P). Cette thèse présente une étude structurale, par des méthodes biochimiques et biophysiques, de la phosphoprotéine et de la nucléoprotéine produites dans la bactérie Escherichia coli. J'ai étudié les déterminants de la polymérisation de N et identifié un variant intéressant pour l'étude de N par cristallographie aux rayons X. J'ai aussi mis au point la purification d'un complexe de N et P, prélude à son étude structurale. Par ailleurs, j'ai montré que la partie N-terminale de P est intrinsèquement désordonnée. J'ai pu étendre ce résultat aux protéines P de nombreux virus apparentés par une étude bio-informatique. J'ai ensuite démontré l'importance du désordre structural au sein du complexe réplicatif des Paramyxoviridae #à la fois par son abondance et d'un point de vue fonctionnel#. Au-delà de leur intérêt pratique immédiat, ces résultats indiquent que la machinerie réplicative de ces virus pourrait constituer un système modèle pour l'étude du désordre structural dans les protéines. De plus, ils soulèvent de nombreuses questions et sont donc un prélude à une refonte de notre vision du complexe réplicatif de ces virus dont l'étude revêt une importance majeure en santé humaine.