This experiment compares the implications of two methods of measuring viral particles, specifically Influenza particles in human cell lines in vitro. These strategies include plaque assays and xCELLigence screening. Plaque assays, also known as reduction assays, are plates that are overlaid with semi-solid medium that limits the spread of the virus and shows where each particle is located based on the "plaque" or empty space on the plates where cells have died and been removed. xCELLigence screening is a newer program that checks for "impedance", an artificial number that will measure the cells killed by virus as well as cell to cell interaction on a 96 well plate that utilizes gold microelectrodes. Both methods have variables that can make them useful in certain situations, however, the focus is on how reliable the xCELLigence program is in comparison to more traditional methods of quantifying viral particles.

Aeolian dust exerts a notable influence on atmospheric and oceanic conditions and human health, particularly in arid and semi-arid regions like Saudi Arabia. Dust is often characterized by its mineral and chemical composition, but there is a microbiological component of natural aerosols which has received comparatively little attention. Moreover, the amount of materials suspended in the atmosphere is highly variable from day to day. Thus, knowing the loads of dust and suspended microbes and its variability over the year is essential to understand the possible effects of dust on the Red Sea ecosystem. Here, we present the first estimates of dust and microbial loads at a coastal side on the Red Sea over a two-year period supplemented with information from dust samples collected along the Red Sea in offshore water and their variability. Weekly average dust loads ranged from 4.63 to 646.11 μg m-3, while the abundance of airborne prokaryotic cells and viral particles ranged from 31,457 to 608,333 cells m-3 and from 69,615.5 to 3,104,758 particles m-3, respectively. These are the first estimates of airborne microbial abundance that we are aware of in this region. The large number of dust particles and suspended microbes found in the air indicates that airborne microbes may have a large impact on our health and that of the Red Sea ecosystem.

L’auto-assemblage de particules virales est un sujet de recherche qui suscite beaucoup d’intérêt dans le cadre de la physique de la matière molle, les mécanismes physiques d’auto-assemblage étant encore très mal compris. En particulier, le chemin cinétique à partir duquel les protéines virales interagissent avec le génome pour former des structures symétriques et monodisperses que sont les virus ne sont pas entièrement résolus. Dans une première partie de cette thèse, nous utilisons la technique de diffusion des rayons X aux petits angles résolue en temps (Time-Resolved Small-Angle X-Ray Scattering, TR-SAXS en anglais) pour observer les cinétiques d’auto-assemblage et de désassemblage de capsides vides formées à partir des protéines du virus de la marbrure chlorotique de la cornille (CCMV en anglais). Des modèles de cinétique chimique couplés à des concepts théorique de diffusion aux petits angles sont conçus pour extraire les intermédiaires de réaction, leur structure et leur temps de vie caractéristique. L’encapsulation d’ARN simple brin avec les protéines virales du CCMV est également étudiée dans cette thèse. A un pH neutre où les protéines ne s’assemblent pas spontanément pour former des capsides vides, des images de microscopie électronique montrent qu’il y a une population de complexes nucléoprotéiques désordonnés qui coexistent avec des capsides virales bien formées. De plus, les données de cinétique de TR-SAXS suggèrent que l’assemblage protéine-acide nucléique subit une réorganisation structurale dans laquelle les protéines rendent le complexe nucléoprotéique plus compact lorsqu’elles s’attachent à l’ARN. En milieu acide, les objets sont plus ordonnés, comme le suggère les images de microscopie électronique. Ces observations suggèrent que l’encapsulation d’ARN et la formation de virus avec leur haut degré de symétrie est probablement un assemblage à deux étapes, la première étant la formation du complexe nucléoprotéique et la deuxième l’acidification du milieu. / Viral assembly is an intriguing topic of biophysics that can be studied using concepts of soft matter physics. Although huge efforts have been made to synthesize hybrid or non-hybrid supramolecular assemblies with viral proteins, the fundamental mechanisms of self-assembly are yet poorly understood. In particular, the kinetic pathway in which the proteins interact with the genome to form highly symmetrical monodisperse architectures are not completely solved.In the first part of this thesis, the Time-Resolved Small-Angle X-Ray Scattering (TR-SAXS) technique is used to probe the kinetics of both self-assembly and disassembly of empty capsids built up from the proteins of the Cowpea Chlorotic Mottle Virus (CCMV). Chemical kinetics models coupled with concepts of SAXS theory are devised in order to extract information about the nature of the reaction intermediates, their structure and their typical lifetime. The encapsulation of ssRNA with CCMV capsid proteins is also examined in this thesis. At neutral pH where the capsid proteins do not spontaneously assemble in vitro into empty spherical capsids, electron microscopy images show that there is a non-negligible population of disordered nucleoprotein complexes that coexist with well-formed spherical viruses. Additionally, TR-SAXS kinetic data suggest that the protein-nucleic acid assembly undergoes a structural reorganization in which the capsid proteins make the nucleoprotein complexes more compact as they simultaneously bind the RNA. Upon acidification, the particles are well-formed viruses as suggested by electron microscopy images. These findings suggest that the encapsulation of RNA into well-formed viruses is likely a two-step assembly with a binding step and an acidification step.

Foamyviren (FV) gehören zur Familie der Retroviridae, werden aber aufgrund besonderer Eigenschaften in eine eigene Unterfamilie, die Spumaretrovirinae, eingeordnet. FV besitzen vor allem in vitro einen sehr breiten Tropismus, so dass bisher keine Zelllinie bekannt war, die nicht durch FV infiziert werden konnte. Obwohl diese Besonderheit darauf schließen lässt, dass ein sehr ubiquitäres Molekül auf der Wirtszelloberfläche für die FV-Bindung verwendet wird, ist der Rezeptor für die Virus-Aufnahme noch nicht bekannt. Dass FV einen pH-abhängigen Aufnahmemechanismus verwenden, lässt eine endozytotische Aufnahme vermuten. Dennoch sind die frühen Replikationsschritte, die zur Fusion der viralen und Wirtszellmembran führen, nur unzureichend charakterisiert. Deswegen wurden in der vorliegenden Arbeit funktionelle autofluoreszierende FV hergestellt, um die Bindung und Aufnahmemechanismen foamyviraler Partikel in Wirtszellen mit fluoreszenzmikroskopischen Analysen zu untersuchen. Mit diesen Methoden konnten erstmalig vier Zelllinien identifiziert werden, die nicht mit FV infizierbar sind, und damit mögliche Kandidaten für die Identifizierung des unbekannten FV Rezeptors darstellen. Des Weiteren wurden die fluoreszierenden FV erfolgreich eingesetzt, um die Fusionsereignisse zwischen viraler und zellulärer Membran in Echtzeit in lebenden Zellen zu untersuchen. Die durchgeführte „Single Virus Tracking“-Analyse zeigte, dass PFV (Prototype FV) Env-tragende Partikel sowohl an der Plasmamembran als auch in vermeintlichen Endosomen fusionieren können, wohingegen SFV (Simian FV) Env-tragende Partikel die Fusion wahrscheinlich nur in Endosomen auslösen können. Hinweis zur Nutzung der Filmdateien: Öffnen mit QuickTimePlayer bzw. ImageJ

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(生命科学) / 甲第20592号 / 生博第380号 / 新制||生||50(附属図書館) / 京都大学大学院生命科学研究科統合生命科学専攻 / (主査)教授 藤田 尚志, 教授 朝長 啓造, 教授 豊島 文子 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy in Life Sciences / Kyoto University / DFAM

Foamyviren (FV) gehören zur Familie der Retroviridae, werden aber aufgrund besonderer Eigenschaften in eine eigene Unterfamilie, die Spumaretrovirinae, eingeordnet. FV besitzen vor allem in vitro einen sehr breiten Tropismus, so dass bisher keine Zelllinie bekannt war, die nicht durch FV infiziert werden konnte. Obwohl diese Besonderheit darauf schließen lässt, dass ein sehr ubiquitäres Molekül auf der Wirtszelloberfläche für die FV-Bindung verwendet wird, ist der Rezeptor für die Virus-Aufnahme noch nicht bekannt. Dass FV einen pH-abhängigen Aufnahmemechanismus verwenden, lässt eine endozytotische Aufnahme vermuten. Dennoch sind die frühen Replikationsschritte, die zur Fusion der viralen und Wirtszellmembran führen, nur unzureichend charakterisiert. Deswegen wurden in der vorliegenden Arbeit funktionelle autofluoreszierende FV hergestellt, um die Bindung und Aufnahmemechanismen foamyviraler Partikel in Wirtszellen mit fluoreszenzmikroskopischen Analysen zu untersuchen. Mit diesen Methoden konnten erstmalig vier Zelllinien identifiziert werden, die nicht mit FV infizierbar sind, und damit mögliche Kandidaten für die Identifizierung des unbekannten FV Rezeptors darstellen. Des Weiteren wurden die fluoreszierenden FV erfolgreich eingesetzt, um die Fusionsereignisse zwischen viraler und zellulärer Membran in Echtzeit in lebenden Zellen zu untersuchen. Die durchgeführte „Single Virus Tracking“-Analyse zeigte, dass PFV (Prototype FV) Env-tragende Partikel sowohl an der Plasmamembran als auch in vermeintlichen Endosomen fusionieren können, wohingegen SFV (Simian FV) Env-tragende Partikel die Fusion wahrscheinlich nur in Endosomen auslösen können. Hinweis zur Nutzung der Filmdateien: Öffnen mit QuickTimePlayer bzw. ImageJ

Les Récepteurs Couplés aux Protéines G (RCPG) constituent la plus grande famille de protéines membranaires chez l’Homme, et leur implication dans un grand nombre de processus physiologiques justifie pleinement l’intérêt de leur étude. Les anticorps spécifiques de ces récepteurs sont des outils polyvalents à haute valeur ajoutée, qui restent toutefois encore trop rarement disponibles, notamment en raison des difficultés techniques posées par leur génération. Ce manuscrit présente la mise au point d’une méthode d’immunisation alternative et innovante, mettant en jeu des particules virales recombinantes dérivées du Virus de la Forêt de Semliki (SFV) codant pour le récepteur d’intérêt. Appliquée au récepteur de l’adénosine A2A humain, l’immunisation permet d’engendrer la surexpression de celui-ci à la surface des cellules de l’animal infecté, et de provoquer l’apparition d’une réponse immunitaire. Cette approche permet d’une part de générer un sérum polyclonal de souris spécifique au récepteur, et ouvre donc une nouvelle voie pour l’obtention d’anticorps monoclonaux murins. Elle semble d’autre part prometteuse pour la génération de nanobodies. / G Protein Coupled Receptors (GPCRs) constitute the largest membrane protein family represented in the human genome. Their involvement in a wide number of biological processes fully supports their study. GPCR-targeting antibodies are versatile and valuable tools, which remain scarcely available, chiefly because their generation is a challenging process. This thesis presents an alternative and innovative strategy in which recombinant Semliki Forest Virus (SFV) particles coding for the receptor of interest are used as immunogens. When applied to the human version of the Adenosine A2A receptor, this method enables to cause the receptor’s overexpression at the surface of the infected animal cells, which generates an immune response. This strategy enables to raise receptor-specific mouse polyclonal serum. It opens a new path towards the generation of monoclonal mouse antibodies. Additionally, it seems to also be a promising approach to develop nanobodies.

Le virus de l’hépatite C (HCV) infecte les hépatocytes. Il est remarquable par le fait q’ilperturbe fortement le metabolisme lipidique de l’hôte, conduisant à des dysfonctions majeures telles qu’une stéatose ou une résistance à l’insuline. In vivo, les virions sériques présentent une densité faible et variable reflétant leur association aux lipoprotéines de faible et de tres faible densité (LDL et VLDL). Ainsi, l'existence de lipo-viro-particules (LVP), contenant à la fois les constituants viraux et les apolipoprotéines B (apoB) et E (apoE) a été suggerée. Ces LVP joueraient un rôle important dans la persistance virale. Cependant, cette association entre HCV et apoB n'a pas été retrouvée in vitro avec les modeles cellulaires disponibles.Mes travaux de thèse se sont donc concentrés sur la mise en place d'un nouveau modèle deculture cellulaire capable de produire a la fois des VLDL et des particules virales HCV, permettantainsi d’étudier l’interaction entre les deux voies de synthèse. Dans un premier temps, lacaracterisation de la production de lipoproteines par differentes lignees d'hepatocytes a permis demontrer l'existence d'un défaut de secretion de VLDL en cellules Huh7.5, classiquement utiliséespour étudier HCV in vitro, alors que les cellules HepG2 et HepaRG sont capables de produire des VLDL physiologiques. Dans un second temps, des cellules HepG2 repliquant HCV de manière persistante ont été utilisées pour caractériser les particules virales produites. Etonnamment, a l'instar des cellules Huh7.5 et malgré leur capacité a produire des VLDL, les cellules HepG2 ne secreteraient pas de LVP mais des particules virales positives pour apoE et négatives pour apoB. / Hepatitis C virus (HCV) mainly infects hepatocytes. It is unique in its ability to impair host lipidmetabolism, leading to major liver dysfunctions as, for instance, hepatic steatosis or insulinresistance. In vivo, serum virions have a low and variable density, reflecting their association withlow- and very-low-density lipoproteins (LDL and VLDL). Hence, the existence of lipo-viro-particles(LVP), containing both viral components as well as apolipoprotein B (apoB) and E (apoE), has beensuggested. These LVPs could play an important role in viral persistence. However, this associationbetween HCV and apoB has not been observed in vitro, using the currently available cell culturemodels.Therefore, during my PhD, I have worked at setting up a new cell culture model, which wascapable of producing both VLDL and HCV particles, and therefore would enable the study of theinterplay between both synthesis pathways. First of all, we characterized lipoprotein production indifferent hepatocyte cell lines and confirmed that Huh7.5 cells, usually used to study HCV in vitro,were deficient for VLDL secretion, whereas two other cell lines, HepG2 and HepaRG, were able toproduce quasi-physiological VLDLs. Therefore, in a second time, we used HepG2 cells to replicate aHCV strain containing a selection gene and to characterize viral particle production. Surprisingly,VLDL-producing HepG2 cells were also unable to secrete LVPs, but rather secreted apoE-positive andapoB-negative viral particles, which were similar to ones Huh7.5 cells produced. This suggests thatthe ability to produce LVPs does not correlate with the ability to produce VLDL.

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.