Hepatitis C Virus (HCV) infects 170 million people worldwide. The current treatment regimen, which is combination therapy with pegylated interferon (PegIFN) and Ribavirin (Rib), cures only 50% of the patients infected with the most prevalent HCV genotype. Therefore, there is a pressing need to understand the molecular mechanism of interferon resistance and to develop a prognostic tool to predict who will respond to treatment before initiation of therapy. It has been firmly established that the virus-host interaction plays an important role in determining treatment outcomes. My thesis investigated the host factors that are involved in interferon resistance with an aim to provide insights into the molecular mechanism of IFN resistance. cDNA microarray analysis identified 18 differentially expressed hepatic genes from pretreatment liver tissues of responders (Rs) and non-responders (NRs). Based on the differential expression levels of these 18 genes, a prognostic tool was developed to predict who will respond to therapy, with a positive predicting value (PPV) of 96%. Most of these 18 genes are interferon stimulated genes (ISGs) and they are more highly expressed in NR livers, indicating that preactivation of interferon signaling in the pre-treatment liver tissues contributes to NR. 3 out of the 18 genes are involved in an ubiquitin-like ISG15/USP18 signaling pathway that plays an important role in interferon response. Over-expression of USP18 and ISG15 in the pretreatment liver tissues of NR promotes HCV production and blunts interferon anti-HCV activity. There exists a distinct cell-type specific ISG activation in the pretreatment liver tissues of Rs and NRs. Up-regulation of the two ISGs that I tested (ISG15 and MxA) was found mainly in hepatocytes in NRs while ISG activation was preferentially observed in macrophages in Rs. Taking all these data together, pre-activation of interferon signaling and cell-type specific gene activation in the pretreatment liver tissues of patients infected with HCV are associated with treatment non-response. HCV exploits the host interferon system to favour its persistence by enhanced replication /secretion stimulated by a few ISGs (ISG15, USP18) in response to IFN. The developed prognostic tool can be used to stratify patients for treatment and the novel insights of the molecular mechanism of IFN resistance in HCV patients offer potential drug targets for future development.

Les interférons (IFN) de type I et type III sont des cytokines induites par des pathogènes. L'IFN de type I (IFN α/β)se fixe à un récepteur constitué des chaînes IFNAR1 et IFNAR2. L'IFN de type III (3 λs) se fixe à un récepteur constitué des chaines IFNLR1 et IL-10R2. La liaison de ces IFNs à leur récepteur active la voie Jak/Stat, induit les mêmes gènes et des réponses cellulaires communes essentielles à la protection antivirale. L'IFN de type I joue un rôle pléiotropique et de ce fait la réponse cellulaire aux IFNs doit être contrôlée dans le temps et dans l'espace. Certains régulateurs négatifs tels que les SOCS ou les ubiquitine ligases ciblant la sous-unité IFNAR1 vont agir rapidement après la stimulation, alors que d'autres agissent à des temps plus tardifs, tels qu'USP18. USP18 est une cystéine protéase induite par l'IFN, elle clive ISG15, une molécule semblable à l'ubiquitine, à partir de protéines ISGylées. J'ai étudié comment une stimulation prolongée avec de l'IFN de type I ou III interfère avec la capacité de ces cellules à répondre à une re-stimulation par les IFN α, tout en maintenant leur sensibilité à l'IFN β et λ . Ce phénomène de désensibilisation différentielle n'est pas dû à une diminution des récepteurs à la surface des cellules mais à l'induction de la forme catalytiquement active d'USP18. Lors de traitements prolongés à l'IFN, l'accumulation d'USP18, dont l'expression est régulée par ISG15, inhibe progressivement la signalisation induite par l'IFN α. En conclusion, ces études montrent qu'USP18 fait partie intégrante des signaux transmis lors d'une stimulation par les IFN de type I et III et définit le seuil d'activité des différents sous-types α/β.

Hepatitis C Virus (HCV) infects 170 million people worldwide. The current treatment regimen, which is combination therapy with pegylated interferon (PegIFN) and Ribavirin (Rib), cures only 50% of the patients infected with the most prevalent HCV genotype. Therefore, there is a pressing need to understand the molecular mechanism of interferon resistance and to develop a prognostic tool to predict who will respond to treatment before initiation of therapy. It has been firmly established that the virus-host interaction plays an important role in determining treatment outcomes. My thesis investigated the host factors that are involved in interferon resistance with an aim to provide insights into the molecular mechanism of IFN resistance. cDNA microarray analysis identified 18 differentially expressed hepatic genes from pretreatment liver tissues of responders (Rs) and non-responders (NRs). Based on the differential expression levels of these 18 genes, a prognostic tool was developed to predict who will respond to therapy, with a positive predicting value (PPV) of 96%. Most of these 18 genes are interferon stimulated genes (ISGs) and they are more highly expressed in NR livers, indicating that preactivation of interferon signaling in the pre-treatment liver tissues contributes to NR. 3 out of the 18 genes are involved in an ubiquitin-like ISG15/USP18 signaling pathway that plays an important role in interferon response. Over-expression of USP18 and ISG15 in the pretreatment liver tissues of NR promotes HCV production and blunts interferon anti-HCV activity. There exists a distinct cell-type specific ISG activation in the pretreatment liver tissues of Rs and NRs. Up-regulation of the two ISGs that I tested (ISG15 and MxA) was found mainly in hepatocytes in NRs while ISG activation was preferentially observed in macrophages in Rs. Taking all these data together, pre-activation of interferon signaling and cell-type specific gene activation in the pretreatment liver tissues of patients infected with HCV are associated with treatment non-response. HCV exploits the host interferon system to favour its persistence by enhanced replication /secretion stimulated by a few ISGs (ISG15, USP18) in response to IFN. The developed prognostic tool can be used to stratify patients for treatment and the novel insights of the molecular mechanism of IFN resistance in HCV patients offer potential drug targets for future development.

L'action ubiquitaire de l'interféron de type I (IFN- alpha/beta , ici IFN) dans la physiologie et la pathologie est aujourd'hui certaine. Une réponse dérégulée à l'IFN peut entraîner des interféronopathies ou des maladies auto-immunes. Dans mon travail de thèse j'ai étudié trois éléments de la voie de signalisation de l'IFN afin de comprendre comment une dérégulation peut se produire. TYK2 est une tyrosine kinase de la famille Janus impliquée dans la signalisation de cytokines immunorégulatrices (IFN de type I, IL-10, IL-12, IL-23). Selon le récepteur, TYK2 est co-activé avec JAK1 ou JAK2. L'interaction moléculaire entre les deux kinases juxtaposées est peu connue. J'ai caractérisé deux variants de TYK2 associés à des maladies auto-immunes, TYK2 I684S et TYK2 P1104A. J'ai démontré que ces deux variants ont un défaut catalytique, mais soutiennent la réponse à l'IFN. Mes résultats suggèrent un modèle d'activation réciproque des deux kinases. Par des études de signalisation dans les cellules EBV-B j'ai montré que l'homozygotie TYK2 P1104A a un impact différent selon la cytokine étudiée. L'analyse de deux autres polymorphismes de TYK2 associés à des maladies auto-immunes (rs12720270, rs2304256) a montré un impact sur la rétention de l'Exon 8, ce qui augmente l'expression de TYK2. J'ai aussi contribué à la dissection du mécanisme moléculaire contrôlant la réponse à l'IFN dans les cellules de patients déficients pour USP18 ou ISG15 et souffrant d'interféronopathies. Ces travaux ont démontré le rôle essentiel d'USP18 pour restreindre la réponse à l'IFN et ont mis en évidence ISG15 comme un nouvel inhibiteur de l'IFN chez l'humain mais pas chez la souris. / Today, the pervasive action of type I IFN (IFN-alpha/beta, here IFN) in human physiology and pathology has become evident. Dysregulated IFN response can lead to interferonopathies and auto-immune diseases (AID). My thesis work has focused on the study of three elements of the IFN response pathway, aiming to understand how dysregulation occurs. TYK2 belongs to the Janus tyrosine kinase family and is involved in signaling of several immunoregulatory cytokines, such as type I IFN, IL-10, IL-12 and IL-23. Depending on the receptor complex, TYK2 is co-activated with either JAK1 or JAK2. A detailed molecular characterization of the interplay between the two juxtaposed enzymes is missing. In my study, I characterized two rare AID-associated human variants TYK2 I684S and TYK2 P1104A. I found that both variants are catalytically impaired but rescue signaling in response to IFN in fibroblasts. My results support a model of reciprocal activation of Janus kinases. Through signaling studies I showed that TYK2 P1104A homozygosity has a cytokine-specific impact in EBV-B cells. My studies of two other AID-associated TYK2 SNPs (rs12720270 and rs2304256) suggest that they promote Exon 8 retention and increase TYK2 expression. In the second part of my thesis work, I contributed to dissecting the molecular mechanism that tunes down IFN response in cells from rare USP18- and ISG15-deficient patients that suffered of interferonopathies. This work substantiated the essential role of USP18 in downregulating the IFN response and highlighted ISG15 as a novel IFN inhibitor in humans, but not in mice.