Les glycoprotéines de fusion virales de classe 1 contrôlent la fusion entre lenveloppe virale et la membrane cellulaire. Ces glycoprotéines présentent une extrémité N-terminale indispensable à la fusion, le peptide de fusion. Les peptides de fusion sont capables dinduire à eux seuls la fusion de membranes in vitro. Dans cette étude, nous avons dabord analysé les peptides de fusion de gp41 du HIV et de gp30 du BLV. Ces deux peptides de fusion sont des peptides obliques : ils sinsèrent obliquement dans la membrane sous forme hélicoïdale. Nos études ont montré une relation entre la capacité de ces deux peptides de fusion à sinsérer obliquement dans la membrane et la capacité de leurs glycoprotéines de fusion à induire la fusion. Dans le cas du BLV, nous avons également montré une relation entre lobliquité du peptide de fusion et sa fusogénicité. Cette relation obliquité-fusogénicité a été utilisée pour prédire avec succès la région minimale des deux peptides de fusion suffisante pour induire une fusion significative in vitro, qui correspond respectivement aux douze et aux quinze premiers acides aminés de gp41 et gp30. Nos résultats montrent également que le peptide caméléon, un peptide de novo avec une structure labile, sinsère obliquement dans la membrane et induit la fusion in vitro. Le fait que ce peptide fasse partie des peptides obliques, comme les peptides de fusion du HIV et BLV, renforce lhypothèse dun lien entre la fusogénicité des peptides de fusion et leur flexibilité structurale. De nombreuses études réalisées sur les glycoprotéines de fusion de classe 1 indiquent que le domaine transmembranaire intervient également dans la fusion virale. Ce domaine doit être suffisamment long pour que la fusion soit complète. Dans ce travail, nous avons montré quun peptide transmembranaire modèle, le peptide KALR, est capable de sinsérer et dinduire la fusion de liposomes in vitro. En comparant les résultats de modélisation moléculaire avec ceux de FTIR et ceux de la fusion de phase lipidique/perméabilisation de liposomes, nous avons également montré que le taux dinsertion membranaire et la fusogénicité de KALR dépendent de la longueur de son cur hydrophobe. En effet, le taux dinsertion de KALR dans la membrane est beaucoup plus important lorsquil contient un cur hydrophobe lui permettant de traverser entièrement la membrane. Dans cette situation, KALR est capable dinduire la déstabilisation et la fusion de membranes alors que lorsque son cur hydrophobe est trop court pour lui permettre de traverser la membrane, il en est incapable. Ces résultats ont permis dapporter des éléments de compréhension des mécanismes intervenant lors de la fusion induite par les glycoprotéines de fusion virales. / Abstract: Class 1 fusion glycoproteins of viruses are involved in the fusion between viral envelope and cell membrane. The N-terminal extremity of these glycoproteins, called fusion peptide, is essential for fusion. Fusion peptides are able to induce by themselves in vitro membrane fusion. Firstly, we analysed fusion peptides of HIV-1 gp41 and BLV gp30. These two peptides are tilted peptides: they insert obliquely in the membrane when helical. Our studies showed a correlation between the ability of these two fusion peptides to insert obliquely in the membrane and the ability of whole glycoproteins to induce fusion. For BLV, a relationship between the obliquity of the fusion peptide and its fusogenicity was also observed. This obliquity/fusogenicity relationship was used to successfully predict the minimal region of the two fusion peptides sufficient to induce significant in vitro fusion. The minimal fusion peptide corresponds respectively to the twelve and to the fifteen first residues of gp41 and gp30. Our results also showed that the chameleon peptide, a de novo peptide with structural flexibility, inserts obliquely into the membrane and induces in vitro fusion. The fact that this peptide is a tilted peptide, like fusion peptides of HIV-1 and BLV, confirms the hypothesis of a relationship between the fusion peptides fusogenicity and their structural flexibility. A lot of studies on class 1 fusion glycoproteins of viruses indicate that the transmembrane domain is also directly involved in the viral fusion. Glycoproteins must have a domain long enough to induce complete fusion. In this study, we showed that a model transmembrane peptide, KALR peptide, is able to insert into membranes and to induce their fusion. By comparing molecular modelling results with those of FTIR, of liposomes lipid-mixing and of liposomes leakage, we also showed that the insertion rate into the membranes and the fusogenicity of KALR depend on the length of its hydrophobic core. Indeed, the insertion rate of KALR into the membrane is greatly larger when it contains a hydrophobic core long enough to allow the peptide to traverse the membrane. In this situation, KALR is able to destabilize membranes and to induce their fusion, while when it is too short to match the membrane, it is unable to induce fusion. These results allow to better understanding mechanisms involved in the fusion induced by viral fusion glycoproteins.

Les produits naturels (PNs) englobent une énorme diversité chimique qui a conduit à la découverte de médicaments révolutionnaires contre le cancer, contre les maladies infectieuses et contre d'autres maladies. La majorité des médicaments actuellement approuvés sont des dérivés de PNs, où nombre d’entre eux engagent des cibles considérées comme non thérapeutiques. Malgré ces avantages, les PNs posent des problèmes au niveau de l’isolement, de la déréplication, du réapprovisionnement et de la traçabilité chimique. Compte tenu du besoin urgent de découvrir de nouvelles molécules bioactives contre de nouvelles cibles pour tous les types de maladies, des stratégies innovantes sont nécessaires pour revigorer la découverte de médicaments à partir des PNs. Nous avons développé une plateforme utilisant Saccharomyces cerevisiae pour la production hétérologue de molécules similaire aux PNs, appelée « produits naturels synthétiques » (PNSs). Nous avons synthétisé une vaste bibliothèque de gènes impliqués dans la biosynthèse de PNs (GBSs) provenant de plantes, de champignons et de bactéries, pour lesquels leur contenu en GC et leurs codons ont été optimisés pour l’expression dans S. cerevisiae. Ces gènes sont assemblés en chromosomes artificiels de levure pour générer de vastes bibliothèques combinatoires de BSG pour la production de molécules similaires aux PNs. Les bibliothèques de PNSs peuvent être directement criblées contre des microorganismes ou des cibles spécifiques dans des essais à haut débit. J'ai effectué le criblage de bibliothèques de PNSs contre une variété de cibles bactériennes et humaines. L'un de ces criblages a conduit à la découverte de PNSs ayant une activité antimicrobienne contre un groupe de pathogènes cliniquement pertinents. Récemment, certaines équipes scientifiques, dont la nôtre, ont découvert que l'hyperactivation de la protéase mitochondriale humaine CLPP par les composés anticancéreux ONC201 et ONC212, qui sont présentement en phase préclinique, provoque la mort cellulaire par protéolyse mitochondriale incontrôlée. Cependant, j'ai trouvé que ONC201/212 activent également la version bactérienne de ClpP et ils pourraient donc perturber le microbiome. J'ai donc développé des essais génétiques de substitution dans la levure pour les protéases ClpP afin de cribler pour des activateurs plus spécifiques. Ensuite, j'ai adapté mon approche dans la levure pour le criblage d’inhibiteurs de la protéase principale (Mpro) et de l'endoribonucléase (NendoU) de SRAS-CoV-2, afin de répondre au besoin pour des thérapies antivirales efficaces afin de traiter les personnes atteintes de la forme grave de la COVID-19. Enfin, une autre variante de mon approche dans la levure a également été développée pour le criblage de stabilisateurs de l'interaction entre FKBP12 et calcineurine dans le but d'identifier de nouveaux immunosuppresseurs qui présentent moins d'effets secondaires. Le criblage de ces différents essais m’a permis d’identifier des candidats potentiels pour chaque cible. Bien que les tests faits dans la levure soient utilisés dans le contexte de criblages traditionnels, l’utilisation de la plateforme PNS permet d’explorer un espace chimique inaccessible auparavant afin de favoriser la découverte de médicaments, le tout de manières économique, modulable et durable. / Natural products (NPs) encompass enormous chemical diversity, leading to revolutionary medicines in cancer, infectious disease, and other indications. The majority of currently approved drugs are derived from NPs, with many of them engage targets otherwise viewed as undruggable. Despite these advantages, NPs pose problems in isolation, dereplication, resupply and chemical tractability. Given the pressing need to discover bioactive chemical matter against new targets in all disease areas, innovative strategies are required to reinvigorate NP-based drug discovery. We have developed a Saccharomyces cerevisiae platform for heterologous production of NP-like chemical matter, termed Synthetic Natural Products (SynNPs). We synthesized an extensive library of codon- and GC-content optimized NP biosynthetic genes (BSGs) from plants, fungi and bacteria. These genes are then assembled into programmable yeast artificial chromosomes (YAC) to generate vast combinatorial BSG libraries that produce NP-like molecules. SynNP libraries can be directly screened in high-throughput in either cell- or target-based assays. I constructed and screened SynNP libraries in yeast-based surrogate genetic assays against a variety of bacterial and human targets. One of these screens led to the discovery of SynNPs with antimicrobial activity against a panel of clinically relevant pathogens. Recently, we and others discovered that hyperactivation of the human mitochondrial caseinolytic protease proteolytic subunit (CLPP) by the preclinical anti-cancer compounds ONC201 and ONC212 causes cell death by rampant mitochondrial proteolysis. However, I found that ONC201/212 also activates bacterial ClpP and could therefore disrupt the microbiome. I thus developed yeast-based surrogate genetic assays for ClpP proteases to screen for more specific activators. Then, I adapted my yeast-based approach to screen for inhibitors of SARS-CoV-2 main protease (Mpro) and endoribonuclease (NendoU) to address the need for efficacious antiviral therapies to mitigate the COVID-19 pandemic. Finally, I developed another variant of my yeast-based approach to screen for stabilizers of the interaction between FKBP12 and calcineurin to identify novel candidate immunosuppressants. Screens with these various assay formats allowed me to identify candidate hits for each target. In summary, the SynNP platform allows the exploration of new-to-nature NP-like chemical space for drug discovery in a cost-effective, scalable and sustainable manner, and yeast-based surrogate genetic assays can be used to screen both existing chemical libraries and SynNP libraries.

Depuis l'émergence de la pandémie de SARS-CoV-2 en décembre 2019, plus de 675 millions de cas confirmés ont été signalés dans le monde, dont 4,6 millions de cas au Canada uniquement. Bien que la plupart des individus récupèrent sans séquelles, 10 à 20 % des survivants signalent des symptômes persistants au-delà de quatre semaines après une infection par le SARS-CoV-2, tels que la fatigue, les altérations cognitives, la toux, l'anxiété, la dépression, la douleur thoracique et autres, connus sous le nom de COVID longue ou de condition post-SARS-CoV-2 (PCC). Par conséquent, la physiopathologie, le diagnostic et la prise en charge de la PCC sont devenus un axe de recherche majeur. Pour contribuer à la compréhension de la PCC, nous avons mené le projet IPCO (Institut de Recherches cliniques de Montréal (IRCM) Post-COVID-19 Research Clinic), en posant comme hypothèses 1 que les personnes infectés par le SARS-CoV-2 au Québec présenteraient des signes et symptômes fréquents et variés post-phase aiguë, affectant différents systèmes d'organes, et 2 Les niveaux élevés de D-dimères dans PCC ne sont pas pertinents pour les événements thromboemboliques 3 que Chez les individus atteints de la PCC, la vaccination contre la COVID-19 réduirait les symptômes de la PCC en diminuant l'inflammation. Pour évaluer ces hypothèses, nous avons recruté des participants âgés de plus de 18 ans, un à 18 mois après l'infection aiguë, présentant au moins un symptôme persistant, et programmé des visites de base et de suivi à 3-6 mois, 1 an et 2 ans post-infection aiguë. Chaque visite comprenait des évaluations cliniques, des prélèvements, des évaluations en laboratoire, des questionnaires sur l'alimentation et le bien-être, ainsi que des évaluations de la physiologie pulmonaire et cardiaque. Sur la base d'une étude allemande qui a catégorisé les symptômes du PCC et les individuals en trois groupes de sévérité, nous avons classé nos participants en trois niveaux de sévérité : non/légère (score du PCC <10,75), modérée (10,75 < score du PCC < 26,25) et sévère (score du PCC > 26,25). Cette thèse présente les résultats de trois sous-études IPCO. Dans l'étude descriptive, nous avons observé que la fatigue, les problèmes de mémoire et les maux de tête étaient les symptômes de PCC les plus courants, la majorité de nos participants étant des femmes et ayant été traités en ambulatoire pendant la phase aiguë. Dans l'étude transversale, nous avons constaté des différences significatives dans les mesures de santé et de bien-être à tous les moments, mais aucune différence significative dans les résultats des tests physiologiques entre les groupes PCC non/léger, modéré et sévère. Dans l'étude longitudinale, les marqueurs de l'inflammation se sont améliorés au fil du temps, mais le taux métabolique basal et la masse grasse ont augmenté. Dans la deuxième étude, nous avons observé une forte prévalence de participants ayant des niveaux de D-dimères, qui n'étaient pas associés à des événements thromboemboliques, et aucune corrélation entre le niveau de D-dimères et les niveaux de cytokines et de chimiokines. Dans la troisième étude, nous avons observé que les participants vaccinés présentaient significativement moins de symptômes de PCC. Notre étude fournit une meilleure compréhension de la physiopathologie du PCC et de l'effet de la vaccination sur le profil clinique et inflammatoire du PCC, ce qui pourrait aider à la conception d'outils de gestion clinique et de recherche futurs. / Since the emergence of the SARS-CoV-2 pandemic in December 2019, over 675 million confirmed cases have been reported globally, with 4.6 million cases in Canada alone. Although most individuals recover without residual disease, 10-20% of survivors report symptoms persisting beyond four weeks after SARS-CoV-2 infection, such as fatigue, cognitive impairments, cough, anxiety, depression, chest pain, and others known as long-COVID or post SARS-CoV-2 condition (PCC). Consequently, the pathophysiology, diagnosis, and management of PCC have become a significant focus of research. To contribute to the understanding of PCC, we conducted the IPCO (Institut de Recherches cliniques de Montréal (IRCM) Post-COVID-19 Research Clinic) project, hypothesizing that 1 SARS-CoV-2 infected individuals in Quebec would present frequent and varied signs and symptoms post-acute phase, affecting different organ systems, and that 2 high D-dimer level in PCC is irrelevant to thromboembolic events , and 3 in individuals with PCC, COVID-19 vaccination would decrease PCC symptoms by reducing inflammation. To evaluate these hypotheses, we enrolled participants aged >18 years, one to 18 months post-acute infection, with at least one persistent symptom, and scheduled baseline and follow-up visits at 3-6 months, 1 year, and 2 years post-acute infection. Each visit involved clinical evaluations, sampling, laboratory evaluations, diet and well-being questionnaires, and pulmonary and cardiac physiology evaluations. Based on a German study that categorized PCC symptoms and individuals into three severity groups, we classified our participants into three severity levels: non/mild (PCC score < 10.75), moderate (10.75 < PCC score < 26.25), and severe (PCC score > 26.25). This thesis reports the results of three IPCO studies. In the descriptive study, we observed that fatigue, memory problems, and headaches were the most common PCC symptoms, with the majority of our participants being female and managed as outpatients during the acute phase. In the cross-sectional study, we noted significant differences in health and well-being measurements at all time points, but no significant difference in physiological tests' results between different severity groups. In the longitudinal study, markers of inflammation improved over time, but the basal metabolic rate and body fat increased. In the second study, we observed a high prevalence of participants having D-dimer levels in blood, which were not associated with thromboembolic events, and no correlation between D-dimer levels and blood cytokine/ chemokine levels. In the third study, we observed that vaccinated participants had significantly fewer PCC symptoms, fewer organ systems affected, higher well-being scores, and lower blood cytokine/chemokine levels than the non-vaccinated group. We also observed correlations between certain cytokines/chemokines, as well as between clinical parameters and certain cytokines/chemokines. Our study provides a better understanding of the pathophysiology of PCC and effect of vaccination on the clinical and inflammatory profile of PCC, which could assist future research and clinical management tool design.