Introduction. Après 40 ans de recherche, l’éradication de la pandémie mondiale à VIH n’est pas encore à notre portée. Si le Canada a connu une raréfaction des cas de transmissions verticales, en 2019 on compte plus de 1,8 million d’enfants infectés par le VIH. Durant l’infection à VIH, la thérapie antirétrovirale (TAR) et les réponses immunitaires à médiation cellulaire, y compris celles véhiculées par les lymphocytes T cytotoxiques CD8+ (CTL), jouent aussi un rôle important dans la limitation de la réplication virale. L’atteinte et le maintien d’une suppression virale soutenue (SVS) sous l’effet de la TAR sont associés à une limitation de taille du réservoir cellulaire du VIH pédiatrique. Si l’on possède beaucoup d’informations sur le développement et l’évolution des réponses immunitaires à médiation cellulaire dirigées contre le VIH chez l’adulte, ce n’est pas le cas au niveau pédiatrique. Cette thèse avait pour but de caractériser la complexité phénotypique et fonctionnelle de la réponse antivirale des cellules CD8+ chez les enfants et les adolescents infectés par le VIH-1. Objectifs : Caractériser les réponses anti-VIH-1 à médiation cellulaire chez les enfants et les adolescents infectés. Mesurer la réponse immunitaire dirigée spécifiquement contre la protéine Gag du VIH-1. Nous avons aussi étudié l’expression des marqueurs d’épuisement des cellules T chez l’enfant et l’adolescent infectés verticalement, ainsi que le transcriptome des cellules T CD8+ effectrices mémoires. Résultats : Les enfants et les adolescents sont capables de développer des réponses à médiation cellulaire dirigées spécifiquement contre le VIH-1, et cela malgré une longue période sous TAR. Les réponses observées sont influencées par l’âge et la proportion de vie cumulative sous SVS (cPLUS). Les réponses IFN- spécifiques au VIH sont augmentées avec l'âge en termes d'amplitude et de spectre de reconnaissance antigénique et sont diminuée avec une cPLUS plus faible, ce qui pourrait refléter une exposition moindre aux antigènes du VIH. Les mécanismes de l'expansion quantitative des réponses des lymphocytes T sont différents de ceux qui conduisent à l'élargissement du spectre de reconnaissance des antigènes viraux par les lymphocytes T de l’hôte. L’âge et la cPLUS exerçaient une influence sur l’expression des récepteurs inhibiteurs, ce qui pourrait contribuer à la difficulté d’atteindre et de maintenir une SVS ainsi que la progression plus rapide de l’infection chez les enfants vivant avec le VIH. Comparativement aux lymphocytes T CD4+, des fréquences plus élevées de lymphocytes T CD8+ exprimaient des récepteurs inhibiteurs et exprimaient un plus grand nombre de récepteurs différents. Cette tendance était influencée par l'âge. Cela indique que les lymphocytes T CD8+ sont plus épuisés que les lymphocytes T CD4+, ce qui pourrait contribuer à la persistance du VIH de l'enfance à l'âge adulte sous TAR. Cependant, les corrélations des fréquences de cellules exprimant des récepteurs inhibiteurs avec l'ampleur des réponses immunitaires à médiation cellulaire spécifiques au VIH suggèrent fortement que ces cellules n'étaient pas fonctionnellement épuisées. L’âge et la cPLUS exerçaient une influence déterminante sur l’expression de certains gènes. L’exploitation de technologies récentes pour l’étude du transcriptome des cellules T CD8+ mémoires au niveau unicellulaire nous ont permis d’obtenir une grande quantité de données à partir qu’un faible échantillon de cellules. Les participants avec une longue cPLUS avaient une fréquence plus grande de cellules exprimant CD69 et exprimant des gènes stimulés par l'interféron (ISG). Cependant, chez ces patients, on observait également une expression moindre des gènes associés à l’épuisement. Conclusion. Nous avons apporté des réponses quant aux mécanismes de la réponse immunitaire pédiatrique, mais aussi d’identifier les facteurs qui peuvent l’influencer. Cependant, l’écriture de la thèse a révélé une carence importante dans la compréhension des mécanismes de l’immunité au niveau pédiatrique au niveau de la littérature. Pour dépasser les limites des études pédiatriques, il existe un besoin constant de mettre en place des techniques de suivi immunitaire réalisables sur de petits échantillons biologiques. / Introduction. After 40 years of research, the eradication of the global HIV pandemic is not yet within our reach. While Canada has experienced a decline in cases of vertical transmission, in 2019 there were more than 1.8 million children infected with HIV. During HIV infection, antiretroviral therapy (ART) and cell-mediated immune responses, including those mediated by CD8+ cytotoxic T lymphocytes (CTL), also play an important role in limiting viral replication. The achievement and maintenance of sustained viral suppression (SVS) under the effect of ART are associated with a limitation in the size of the cellular reservoir of HIV at the pediatric level. While there is a lot of information on the development and evolution of cell-mediated immune responses against HIV, this is not the case at the pediatric level. This thesis aimed to characterize the phenotypic and functional complexity of the antiviral response of CD8+ cells in children and adolescents infected with HIV-1. Objectives: To characterize cell-mediated anti-HIV-1 responses in infected children and adolescents. To measure the immune response directed specifically against the Gag protein of HIV-1. To study the expression of T cell exhaustion markers in vertically infected children and adolescents, as well as the transcriptome of effector memory CD8+ T cells. Results: Children and adolescents are able to develop cell-mediated responses specifically directed against HIV, despite SVS under ART. The immune responses observed are influenced by age and the proportion of cumulative life on SVS (cPLUS). HIV-specific IFN- responses are increased with age in terms of amplitude and antigen recognition spectrum and are decreased with lower cPLUS, which may reflect shorter exposure to HIV antigens. Two distinct mechanisms of T cell responses were observed. On one hand quantitative expansion of T cell responses and on the other hand the broadening of the T cells spectrum of viral antigens recognition. Age and cPLUS exerted an influence on the expression of inhibitory receptors, which could contribute to the difficulty of achieving and maintaining SVS as well as the more rapid progression of infection in children living with HIV. Compared to CD4+ T cells, higher frequencies of CD8+ T cells expressed inhibitory receptors and expressed more different type of receptors. This trend was influenced by age. This indicates that CD8+ T cells are more depleted than CD4+ T cells, which may contribute to the persistence of HIV from childhood to adulthood on ART. However, correlations of frequencies of cells expressing inhibitory receptors with the magnitude of HIV-specific cell-mediated immune responses strongly suggest that these cells were not functionally exhausted but rather recently activated. Age and cPLUS exerted a determining influence on the expression of certain genes. The exploitation of recent technologies for the study of the transcriptome of memory CD8+ T cells at the single-cell level has enabled us to obtain a large amount of data from only a small biological sample. Participants with long cPLUS had a higher frequency of cells expressing CD69 and ISGs. However, in these patients, there was also a lower expression of genes associated with exhaustion. Conclusion. We have provided answers as to the mechanisms of the pediatric immune response but also identify the factors that can influence it. However, the writing of the thesis revealed an important deficiency in the understanding of the immunity mechanisms at the pediatric level in current literature. To overcome limits in pediatric studies, there is a constant need to set up immune monitoring techniques that can be performed on small biological samples Keywords: HIV, perinatal infection, inhibitory receptors, immune response, sustained viral suppression.

De nombreuses études ont montré que les enfants traités précocement ne sont pas capables de développer une réponse à médiation cellulaire contre le VIH [1]. Cependant, le rebond viral observé après la rémission prolongée du cas du « bébé du Mississippi » pose de nombreuses questions quant à la capacité de ces enfants à développer une réponse immunitaire VIH spécifique malgré une suppression virale à long terme [2, 3]. Nous avons étudié cinq cas ayant un profil similaire au « bébé du Mississippi » qui ont été identifiés précédemment [4]. L’objectif de ce projet était de déterminer si les enfants traités précocement développent une réponse immunitaire à médiation cellulaire contre le VIH qui est quantitativement et/ou qualitativement différente de celle retrouvée chez les enfants traités plus tard. Cette étude a permis de montrer que l’amplitude et la diversité des réponses LTC des enfants traités précocement est plus faible que celle observée chez des enfants traités plus tard ou non traités. / Several studies have shown early treated children are not able to develop a cell-mediated response [1]. However, the viral rebound after prolonged remission in the case of the "Mississippi baby" raises many questions about the ability of these children to develop a specific immune response despite HIV viral suppression in the long term [2, 3]. We currently have five cases with a similar profile to the "Mississippi baby" that were identified previously [4]. The objective of this project is to determine whether early treated children develop an immune cell-mediated response against HIV that is quantitatively and/or qualitatively different from that found in children treated later. This study showed that the magnitude and diversity of CTL responses of children treated early is lower than that observed in children treated later if possible.

L’obstacle majeur à l’éradication du VIH est l’existence de réservoirs cellulaires du VIH, qui échappent au traitement et à la réponse immunitaire de l’hôte. Ce réservoir s’établit très tôt dans l’infection, menant typiquement à la destruction d’un grand nombre de lymphocytes T CD4+. Cependant, une faible proportion de ces cellules retourne à l’état quiescent en ayant intégré le génome viral. La taille et l’évolution du réservoir chez l’adulte ont été bien élucidées. Cependant, on en sait moins sur la taille et la distribution du réservoir du VIH, et sur l’impact de l’initiation précoce de la thérapie antirétrovirale combinée (TARc) sur ces dernières dans la population infantile. Cet essai s’inscrit dans le cadre de l’étude prospective multicentrique EPIC4 (Early Pediatric Initiation, Canada Child Cure Cohort Study), qui a recruté 221 enfants infectés par la voie verticale dans neuf centres pédiatriques canadiens. Nous soumettons l’hypothèse que l'initiation très précoce de la TARc chez l’enfant infecté par le VIH permettrait de réduire le réservoir à ses plus bas niveaux, menant à un meilleur contrôle de la réplication virale suite à une éventuelle interruption de traitement. Nous avons obtenu des corrélations positives entre la taille du réservoir viral lymphocytaire sanguin du VIH-1 et l'âge de l’initiation de la TARc et l'âge à la suppression virale soutenue (SVS). Les niveaux des réservoirs sont négativement corrélés à la proportion de la vie sous TARc efficace et à la proportion de la vie sous SVS et au compte de lymphocytes T CD4+. Nous avons montré également qu’un traitement initié précocement dans les premiers six mois de vie serait un facteur de prédictions d’une suppression virale plus rapide et plus soutenue. Nos résultats confirment que l’initiation précoce de la TARc et le maintien à long terme de la suppression virale stable sont des facteurs clés conduisant à une taille limitée du réservoir viral. Par ailleurs, nous démontrons pour la première fois que la taille du réservoir inductible du VIH-1 mesurée dans les lymphocytes T CD4+ du sang périphérique après stimulation avec un analogue de prostratine corrèle significativement avec celle mesurée en ADN proviral. Ainsi, nous avons validé une nouvelle technique de mesure de réservoir inductible qui est rapide et moins coûteuse et surtout requiert un faible volume de sang donc semble très prometteuse pour des études sur le VIH-1 pédiatrique. / The major barrier to eradicating HIV is the existence of cellular reservoirs of HIV, which escape the treatment and immune response of the host. This reservoir is established very early in the infection, typically leading to the destruction of a large number of CD4+ T cells. However, a small proportion of these cells return to quiescent state after integrating the viral genome. The size and evolution of the reservoir in adults have been well understood. However, we know less about the size and distribution of the HIV reservoir, and the impact of early initiation of combination antiretroviral therapy (cART) on it in the infant population. Our study is a part of the Early Pediatric Initiation Canada, Child Cure Cohort (EPIC4); a prospective, multicenter study, which enrolled 221 vertically HIV-1 infected children in nine Canadian pediatric centers. We hypothesize that very early initiation of cART in HIV-infected children would reduce the reservoir to its lowest levels, leading to better control of viral replication following a possible interruption of treatment. A strong positive correlation was observed between reservoir size in peripheral blood and both the age at initiation of cART and the age at which sustained viral suppression (SVS) was achieved. We found a strong negative correlation between the size of the viral reservoir and the proportion of life spent on effective cART or the proportion of life with SVS and CD4+ T lymphocytes count. This study shows that starting cART within 6 months from birth is a predictor of faster and more sustained virological suppression in infants. Our findings suggest that early cART initiation in infants and long-term viral suppression are key factors leading to limited viral reservoir size. Furthermore, we established for the first time that the size of the inducible HIV-1 reservoir in peripheral blood CD4+ T lymphocytes of children, quantified by the prostratin analogue stimulation test, correlates with the size obtained using proviral DNA measurement. Thus, we have validated a new inducible reservoir measurement technique that is fast, less expensive, and, importantly requires a lower blood volume. This assay could be very promissing for evaluating inducible HIV-1 reservoirs in pediatric HIV-1 studies.

Contexte : Notre incapacité à guérir le VIH/SIDA vient au moins en partie du fait que le VIH établit et maintient des réservoirs cellulaires à l'abri des effets de la thérapie antirétrovirale combinée (cART) et de l'immunité de l'hôte. Alors que les composantes des réservoirs sont bien connues chez les adultes, la composition et l'évolution de ces réservoirs chez les enfants infectés verticalement sont moins bien comprises. Notre objectif était d'examiner les effets de l’âge de l’enfant au moment de l’initiation de la cART et de l'obtention d'une suppression virale soutenue (SVS) sur la taille et la nature du réservoir du VIH chez les enfants et les adolescents. Méthodes : À l'aide de la méthode HIV-Flow, la taille et la distribution des sous-types cellulaires du réservoir viral compétent pour la traduction ont été évaluées dans les cellules T CD4+ purifiées obtenues d'enfants et d'adolescents infectés verticalement (n=34) qui participaient à l'étude EPIC4 et qui ont été groupés selon l'âge (0-5, 5-10, 10-18 ans) et l’atteinte de la SVS. Résultats : Les différences de taille de réservoir entre les participants masculins et féminins ou entre les groupes d'âge n'étaient pas statistiquement significatives (p=0.5003, p=0.9410). Les cellules T CD4+ naïves étaient les principales contributrices au réservoir de cellules productrices de p24 dans tous les groupes d'âge, comparé aux cellules à mémoire centrale (CM), à mémoire effectrice (EM) et terminalement différenciées (TD) (p=0.001, p<0.0001, p<0.0001). La forte représentation des cellules T CD4+ naïves dans le pool total de cellules T CD4+ (⁓68% à >80%) peut expliquer cette contribution. Les cellules CM avaient tendance à présenter des fréquences plus élevées de cellules p24+ chez les adolescents par rapport aux groupes d'âge plus jeunes. Une corrélation négative a été observée entre la fréquence des cellules p24+ et la proportion de vie sous SVS (r=-0.3215, p=0.0318) ainsi que la proportion de vie sous cART efficace (r=-0.3197, p=0.0327). Conclusion : Contrairement aux adultes infectés par le VIH, le réservoir cellulaire hébergeant le VIH compétent pour la traduction chez les enfants et les adolescents infectés verticalement est principalement composé de cellules T CD4+ naïves, avec un profil de distribution se rapprochant progressivement avec l’âge de celui des adultes. Ces résultats éclairent et renforcent les orientations fondées sur des données probantes pour la prise en charge clinique et le traitement de l'infection verticale par le VIH. / Background: Our inability to cure HIV/AIDS stems at least in part from the fact that HIV establishes and maintains cellular reservoirs where it shelters from the effects of combination antiretroviral therapy (cART) and host immunity. Whereas reservoir components are well known in adults, the composition and evolution of these reservoirs in vertically infected children are incompletely understood. Our objective was to examine the effects of the timing of cART initiation and achievement of sustained viral suppression (SVS) on the size and nature of the HIV reservoir in children and adolescents. Methods: Using the HIV-Flow method, size and cell subset distribution of the translation competent viral reservoir were assessed in purified CD4+ T cells from vertically infected children and adolescents (n=34) with and without SVS, who were enrolled in the EPIC4 study and stratified according to age (0-5, 5-10, 10-18 years) and achievement/duration of SVS. Results: Differences in reservoir size between male and female participants or across age groups were not statistically significant (p=0.5003, p=0.9410). Naïve CD4+ T cells were the main contributor to the pool of p24-producing cells in all age groups as compared to central memory (CM), effector memory (EM), and terminally differentiated (TD) (p=0.001, p<0.0001, p<0.0001). The large representation of naïve CD4+ T cells in the total CD4+ T cells pool (⁓68% to >80%) can explain this contribution. CM cells tended to carry higher frequencies of p24+ cells in adolescents compared to younger age groups. A negative correlation was observed between the frequency of p24-positive cells and the proportion of life under SVS (r=-0.3215, p=0.0318) as well as the proportion of life under effective cART (r=-0.3197, p=0.0327). Conclusion: Unlike HIV-infected adults, the cellular reservoir harboring translation competent HIV in vertically infected children and adolescents is mostly comprised of naïve CD4+ T cells, with a distribution profile progressively transitioning to that of adults. These results inform and reinforce evidence-based guidance for the management of vertical HIV infection.