Les coronavirus tels que le SARS-CoV-2 représentent un danger pour la santé publique, mobilisant la science pour le développement d’outils. Considérant les risques du SARS-CoV-2, celui doit être manipulé en laboratoire de niveau de sécurité 3, limitant la recherche. Le coronavirus OC43 représente un modèle utile manipulable en niveau de sécurité 2, mais peu de méthodes standardisées existent pour celui-ci. La première partie de cette étude consiste au développement de modèle de culture cellulaire pour la production et la titration de OC43. Mes travaux démontrent l’utilité des lignées MRC-5 et HRT-18 ainsi que la sensibilité de la titration par Tissue Culture Infectious Dose 50 Immunoperoxidase Assay (TCID50-IPA). La seconde partie emploie une méthode de pointe en virologie qui n’a pas encore été démontrée pour les coronavirus, soit la virométrie en flux. Celle-ci permet la quantification absolue de particules virales, ce qui est un avantage aussi bien pour la recherche que pour une potentielle méthode diagnostique. J'ai ainsi développé une méthode de purification et de concentration du coronavirus OC43 pour permettre son étude en virométrie en flux avec un bruit de fond négligeable. Un marquage efficace de ~99% des particules virales a été démontré avec les marqueurs Syto 13 et Syto 62. De plus, le marquage par un anticorps contre la protéine S permet de d’évaluer la présence de virus. Finalement, les nouvelles méthodes développées ici permettront des études plus poussées sur les coronavirus. / Coronaviruses such as SARS-CoV-2 represent a danger for public health, mobilizing science for the development of new tools. Considering the risks of SARS-CoV-2, a biosecurity level 3 laboratory is required for their studies, which limits scientific research. The coronavirus OC43 represents a useful model that can be safely manipulated in biosecurity level 2 facilities but existing methods to study this virus are not well standardized or optimized. Therefore, I firstly developed a cell culture model for the production and titration of OC43. My data demonstrate the importance of the cell lines MRC-5 and HRT-18 and the sensitivity of the titration method called Tissue Culture Infectious Dose 50 Immunoperoxidase Assay (TCID50-IPA). Secondly, I explored a cutting-edge virometry method called flow virometry which allows the absolute quantification of intact viral particles, which is advantageous for many studies or as a potential diagnostic tool. I hence put together a protocol to purify and concentrate OC43 for this application with minimal background noise. Moreover, labeling the virus with Syto dyes (Syto 13, Syto 62) is very efficient with ~99% of viral particles marked. Furthermore, an antibody against the S protein of OC43 can mark the virus efficiently enough to evaluate the presence of viral particles. Finally, the optimization and development of these methods for coronavirus will enable further research.

HSV-1 and HSV-2, both double-stranded DNA viruses of the Alphaherpesvirinae subfamily, reportedly have sub-clinical prevalence in nearly 67% of the world population. During their intra-nuclear virus replication, four types of capsids (procapsids, A, B, and C capsids) are produced while only C-capsids contain mature DNA. Given their larger size (125 nm) than the nuclear pores (30-50 nm), they exit the nucleus by an unusual route called nuclear egress. On the other hand, our lab previously found that HSV-1 incorporates 49 distinct host proteins, including DDX3X, a DEAD (Asp-Glu-Ala-Asp) box ATP-dependent RNA helicase that modulates gene expression of both DNA and RNA viruses. We also showed that DDX3X is redirected to the inner nuclear membrane late during the infection and interacts with pUL31, a component of the viral nuclear egress complex, to promote the nuclear exit of the viral capsids to the cytoplasm. However, the exact nature of such interactions remains elusive. On the other hand, our lab also reported that PCBP1 is specifically present on the C-capsids, and its depletion causes a reduction in viral titer. PCBP1 is known to bind with poly(c) RNA through K-homology (KH) domains and plays a role in mRNA stabilization, transcriptional control, RNA translation, antiviral immunity, and the modulation of viral propagation. Using confocal microscopy and co-immunoprecipitation studies, the present work reveals that DDX3X interacts with both components of the nuclear egress complex, i.e., pUL31 and pUL34, and that this interaction is independent of their phosphorylation by the pUS3 kinase that normally modulates their localization. Moreover, we also show that DDX3X interacts with PCBP1, which could explain the preferential selection of the C-capsids during the nuclear egress. This study is a step forward to map the complex multiple host protein interactions with viral partners and elucidate their possible role in the enigmatic selective escape of HSV-1 C-capsids. / HSV-1 et HSV-2, tous deux des virus à ADN double brin de la sous-famille des Alphaherpesvirinae, ont une prévalence subclinique chez près de 67 % de la population mondiale. Au cours de leur réplication virale intra-nucléaire, quatre types de capsides (procapsides, capsides A, B et C) sont produites tandis que seules les capsides C contiennent de l'ADN mature. Compte tenu de leur plus grande taille (125 nm) que les pores nucléaires (30 à 50 nm), ils quittent le noyau par une voie inhabituelle appelée sortie nucléaire. Notre laboratoire a précédemment découvert que le HSV-1 incorpore 49 protéines hôtes distinctes, dont DDX3X, une hélicase à ARN de type DEAD (Asp-Glu-Ala-Asp) dépendante de l'ATP qui module l'expression génique des virus à ADN et à ARN. DDX3X est redirigé vers la membrane nucléaire interne à la fin de l'infection et interagit avec pUL31, un composant du complexe de sortie nucléaire viral, pour favoriser la sortie nucléaire des capsides virales vers le cytoplasme. Cependant, la nature exacte de ces interactions reste incertaine. D'autre part, notre laboratoire a également signalé que PCBP1 est spécifiquement présent sur les capsides C et que sa déplétion entraîne une réduction du titre viral. PCBP1 est connu pour se lier à l'ARN poly (c) via les domaines d'homologie K (KH) et joue un rôle dans la stabilisation de l'ARNm, le contrôle transcriptionnel, la traduction de l'ARN, l'immunité antivirale et la modulation de la propagation virale. À l'aide de microscopie confocale et d'études de co-immunoprécipitation, le présent travail révèle que DDX3X interagit avec les deux composants du complexe de sortie nucléaire, à savoir pUL31 et pUL34, et que cette interaction est indépendante de leur phosphorylation par la kinase pUS3 qui module normalement leur localisation. De plus, nous montrons également que DDX3X interagit avec PCBP1, ce qui pourrait expliquer la sélection préférentielle des capsides C lors de la sortie nucléaire. Cette étude constitue un pas en avant dans la cartographie des interactions complexes entre protéines hôtes multiples et partenaires viraux et pour élucider leur rôle possible dans l’évasion sélective énigmatique des capsides C du HSV-1.

La thérapie antirétrovirale (TAR) n'éradique pas le VIH de l'organisme. Le VIH persiste grâce à la prolifération de lymphocytes T CD4+ infectés de manière latente. De plus, bien que la plupart des provirus persistent sous une forme latente, un petit nombre de cellules infectées produisent des protéines virales et des virions. Les immunosuppresseurs administrés aux personnes subissant une greffe de rein, pour prévenir le rejet d’organe, inhibent la prolifération des lymphocytes T et l'activation immunitaire. Nous avons émis l'hypothèse que les immunosuppresseurs pourraient réduire à la fois la taille du réservoir viral latent ainsi que les marqueurs associés à la production résiduelle de VIH. Sept participants vivant avec le VIH sous TAR efficace et ayant subi une transplantation rénale suivie de la prise d’un traitement immunosuppresseur ont été recrutés. Des échantillons sanguins longitudinaux ont été prélevés avant et après la greffe (6-7 échantillons/participant, sur 2 ans). Les effets des immunosuppresseurs sur l'activation des lymphocytes T ainsi que les taux d’anticorps plasmatiques dirigés contre l'enveloppe du VIH (un reflet de la production virale résiduelle) ont été évalués par cytométrie en flux et ELISA, respectivement. L'ADN total du VIH et les transcrits d'ARN-gag-LTR associés aux cellules ont été quantifiés par qPCR et la fréquence des cellules p24+ par HIV-Flow. Pour confirmer les résultats obtenus in vivo, nous avons optimisé un protocole de culture cellulaire pour évaluer l'impact des immunosuppresseurs les plus fréquemment utilisés (MMF, tacrolimus, dasatinib) sur les cellules infectées dans un environnement contrôlé. Suite à la transplantation et à l’initiation du traitement immunosuppresseur, nous avons observé une diminution significative des niveaux d'expression des marqueurs d’activation et de prolifération HLA-DR et Ki67 dans les lymphocytes T CD4+, accompagnée d'une augmentation de la fréquence des cellules mémoires centrales et d'une forte diminution de la fréquence des lymphocytes T régulateurs. Les niveaux d'anticorps ciblant l'enveloppe du VIH ont également diminué pendant le traitement immunosuppresseur. Il y avait une diminution modeste et transitoire des niveaux d'ADN et d'ARN du VIH un mois après la transplantation rénale. Les résultats de HIV-Flow n'ont montré aucun impact significatif des immunosuppresseurs sur le réservoir inductible, avec de grandes variations entre les participants. Le modèle de culture cellulaire in vitro a révélé que de faibles doses d'immunosuppresseurs induisent généralement une diminution des marqueurs du VIH, alors que des doses plus élevées conduisent à des variations dépendantes des donneurs. Ainsi, nos résultats montrent que les traitements immunosuppresseurs diminuent la prolifération et l'activation des lymphocytes T CD4+, ce qui est concomitant avec une diminution modeste et transitoire des taux d'ADN et d'ARN du VIH. Nos résultats indiquent que la combinaison des traitements immunosuppresseurs actuels sont toutefois insuffisants pour affecter profondément et durablement le réservoir du VIH et suggèrent que la taille du réservoir est étroitement régulée par des forces homéostatiques difficiles à contrer. / Antiretroviral therapy (ART) does not eradicate HIV from the body. HIV persists through proliferation of latently infected CD4+T-cells. Moreover, although most proviruses persist in a latent form, a small number of infected cells produce viral protein and virions. Immunosuppressants given to people undergoing kidney transplants to prevent rejection inhibit T-cell proliferation and immune activation. We hypothesized that immunosuppressants could reduce both the size of the latent viral reservoir as well as markers associated with residual production of HIV. Seven participants living with HIV on suppressive ART who underwent kidney transplantation and initiated immunosuppressive therapy were enrolled. Longitudinal blood samples were collected before and after the transplant (6-7 samples/participant, over 2years). The effects of immunosuppressants on T-cell activation as well as plasma HIV-envelope antibody responses (a surrogate of residual viral production) were assessed by flow cytometry and ELISA, respectively. Total HIV-DNA and cell-associated LTR-gag-RNA transcripts were quantified by qPCR and the frequency of p24+ cells by HIV-Flow in isolated CD4+T-cells. To confirm the results saw in vivo, we optimized a cell culture protocol to assess the impact of frequently given immunosuppressants (tacrolimus, MMF and dasatinib) on infected cells in a controlled environment. Following organ transplant and initiation of immunosuppressive treatment, we observed a significant decrease in the expression levels of HLA-DR and Ki67 in CD4+T-cells, which was accompanied by an increase in the frequency of central memory cells and a sharp decrease in the frequency of regulatory T-cells. Antibody levels targeting HIV envelope also decreased during immunosuppressive therapy. There was a modest and transient decrease in HIV DNA and RNA levels one month following kidney transplantation. HIV-Flow results showed no significant impact of immunosuppressants on the inducible reservoir, with large variations between participants. The in vitro cell culture model showed that low doses of immunosuppressants generally induces a reduction in HIV markers, but higher doses lead to variations between donors. Immunosuppressive therapy decreases the proliferation and activation of CD4+ T-cells which is concomitant with a modest and transient decrease in HIV DNA and RNA levels. Our results indicate that current immunosuppressive drugs are insufficient to profoundly and durably affect the HIV reservoir and suggest that the size of the reservoir is tightly regulated by homeostatic forces that are difficult to counteract.

Human coronavirus OC43 (HCoV-OC43) is a beta-coronavirus from the coronaviridae family. In contrast to SARS-CoV-2, HCoV-OC43 causes upper respiratory tract disease. However, because of their close phylogenic proximity but distinct pathologies, HCoV-OC43 is a very interesting surrogate to study and compare beta coronaviruses. As all viruses, the latter hijack cell machinery proteins to complete their life cycle. Cellular proteins, particularly those incorporated into virions are of particular interest since they often play a vital role in the virus life cycle. Our goal is to employ the proteomic pipeline we developed for HSV-1 to characterize the host proteins associated with highly purified extracellular HCoV-OC43 particles and finally expand it to SARS-CoV-2. To this end, high purity in sufficient yields is crucial as mass spectrometers pick up contaminants. The proteins present in cell culture medium serum, as well as the proteins carried by the exosomes produced by the cells or by the exosomes present in the cell culture media serum, are of particular concern. We utilized a series of methods to eliminate cell culture serum protein contaminations, enrich the viral particles, and separate exosomes from viral particles. For example, we have obtained an efficient separation of concentrated HCoV-OC43 virions from exosomes using density gradient fractionation. Mass spectrometry results on the purified fractions validated the enrichment of viral particles in the virus fraction and the lack of viral proteins in the mock samples. Most interestingly, we detected 69 host proteins unique to the virus fraction (compared to the mock), mostly regulating the RNA metabolism pathway followed by metabolite interconversion, protein modifying enzymes, and protein-binding activity modulator pathways. Since we also purified extracellular exosomes in the process, we probed whether the virus alters their protein content. Mass spectrometry revealed 51 unique proteins exclusively found in exosomes produced by HCoV-OC43 infected cells. These included translational proteins, metabolite interconversion enzymes, and scaffold proteins. Our preliminary RNA interference studies showed that knocking down 14 of these host proteins altered HCoV-OC43 titers. Studying host-virus protein interactions allows us to gain a deeper understanding of how viruses take advantage of host cells, and how we can develop novel viral therapeutics. / Le coronavirus humain OC43 (HCoV-OC43) est un bêta-coronavirus de la famille des coronaviridae. Contrairement au SRAS-CoV2, le HCoV-OC43 provoque une maladie des voies respiratoires supérieures. Cependant, en raison de leur proximité phylogénique étroite mais leur pathologie distincte, HCoV-OC43 est un substitut fort intéressant pour étudier et comparer les bêta-coronavirus. Comme tous les virus, ces derniers détournent les protéines de la machinerie cellulaire pour compléter leur cycle de vie. Les protéines cellulaires, en particulier celles incorporées dans les virions, sont particulièrement intéressantes puisqu'elles jouent souvent un rôle vital dans le cycle de vie du virus. Notre objectif est d'utiliser le pipeline protéomique que nous avons développé pour le HSV-1 afin de caractériser les protéines hôtes associées à des particules virales extracellulaires de HCoV-OC43 hautement purifiées et d'étendre cette approche au SRAS-CoV2. À cette fin, une pureté élevée avec des rendements suffisants est cruciale car les spectromètres de masse détectent les contaminants. Les protéines présentes dans le sérum du milieu de culture cellulaire, ainsi que les protéines portées par les exosomes produits par les cellules ou par les exosomes présentes dans le sérum du milieu de culture cellulaire, sont particulièrement concernées. Nous avons utilisé une série de méthodes pour éliminer les contaminations par les protéines sériques des cultures cellulaires, enrichir les particules virales et séparer les exosomes des virus. Nous avons ainsi obtenu une excellente séparation des virions HCoV-OC43 concentrés des exosomes en utilisant le fractionnement par gradient de densité. Les résultats de spectrométrie de masse sur les fractions purifiées ont validé l'enrichissement en particules virales dans la fraction virale et l'absence de protéines virales dans les échantillons contrôles. Plus intéressant encore, nous avons détecté 69 protéines hôtes uniques à la fraction virale (par rapport aux cellules non-infectées). Ces protéines sont principalement associées à la voie du métabolisme de l'ARN suivie de l'interconversion des métabolites, des enzymes modifiant les protéines et des voies modulatrices de l'activité de liaison aux protéines. Puisque nous avons séparés les exosomes des virus, nous en avons profiter pour évaluer si le virus altère leur contenu protéines. La spectrométrie de masse a de facto identifié 51 protéines uniques aux exosomes produits par les cellules infectées par HCoV-OC43. Celles-ci régulent des voies des protéines traductionnelles, des enzymes d'interconversion des métabolites et des voies des protéines d'échafaudage. Nos études préliminaires sur l’interférence ARN ont montré que l’inactivation de 14 de ces protéines hôtes modifiait le titre de HCoV-OC43. L'étude des interactions hôte-protéine virale nous permet de mieux comprendre comment les virus tirent parti des cellules hôtes et comment nous pouvons développer de nouvelles thérapies virales.

Le réovirus de mammifères est un virus oncolytique à l’étude pour sa capacité à infecter et détruire préférentiellement les cellules cancéreuses. Les liens entre le potentiel oncolytique du réovirus et son induction des voies de signalisation de l’interféron méritent des éclaircissements. Encore à ce jour, les déterminants viraux et les composantes cellulaires impliqués dans la réponse interféron lors de l’infection par ce virus demeurent à être mieux caractérisés. Des virus mutants ont préalablement été générés à partir d’un virus fortement inducteur d’interféron (T3DK) dans le fond génétique d’un virus faiblement inducteur d’interféron (T3DS) afin d’étudier les effets de certains polymorphismes. Cependant, les mécanismes de ces déterminants viraux et comment leurs polymorphismes les modifient pour amplifier ou restreindre l’induction d’interféron sont encore incertains. Notre approche a permis de révéler que les protéines μ2 et λ1 du réovirus modulent les événements précoces menant à la reconnaissance virale et à la réponse interféron. Nous avons découvert que le phénotype d’induction d’interféron sous l’effet de μ2, λ1 ou μ2 et λ1 provenant de T3DK était corrélé entre les niveaux protéiques et transcriptionnels. De plus, la présence simultanée de μ2 et λ1 (de T3DK) avait un effet synergique provoquant des niveaux d’interféron plus qu’additifs par rapport à la présence de μ2 ou de λ1 seuls. D’autre part, la transfection d’ARN extrait tôt de cellules infectées (mais pas celle d’ARN extrait tardivement) provoque une induction d’interféron qui suit cette même tendance. Par conséquent, les résultats démontrent que plusieurs protéines du réovirus pourraient s’acquitter de rôles multiples qui convergent vers la modulation de la réponse interféron. Cela laisse paraître les rôles envisageables de μ2 et λ1 dans le désassemblage, la participation à l’exposition du génome viral et/ou dans la contribution au sein du complexe de transcription viral. L’analyse comparative de virus mutants conçus par génétique inverse et qui sont à même de contrôler la réponse interféron semble une piste intéressante pour mieux appréhender les implications des polymorphismes dont ils sont porteurs. Cette approche pourrait fournir une meilleure compréhension du réovirus et être utile dans la perspective d’optimisation du potentiel oncolytique du réovirus. / The mammalian reovirus is an oncolytic virus under study for its ability to preferentially infect and destroy cancer cells. The links between the oncolytic potential of reovirus and its induction of interferon signaling pathways require clarification. Still to this day, the viral determinants and cellular components involved in the interferon response upon infection with this virus remain to be better characterized. Mutant viruses were previously generated from a high interferon-inducing virus (T3DK) in the genetic background of a low interferon-inducing virus, (T3DS) to study the effect of certain polymorphisms. However, the mechanisms of these viral determinants and how their polymorphism modify them to amplify or limit interferon induction are still unclear. Our approach revealed that the μ2 and λ1 proteins modulate early events leading to viral recognition and interferon response. We found that the phenotype of interferon induction under the effect of μ2, λ1 or μ2 and λ1 from T3DK showed a correlation between protein and transcriptional levels. Furthermore, the simultaneous presence of μ2 and λ1 (from T3DK) had a synergistic effect causing more than additive interferon levels compared with the presence of μ2 or λ1 alone. On the other hand, transfection of RNA extracted from early-infected cells (but not RNA extracted from late-infected cells) caused interferon induction following this same trend. Therefore, the results demonstrate that several proteins from reovirus could have multiple roles that converge to modulate the interferon response. This suggests potential roles for μ2 and λ1 in disassembly, participation in viral genome exposure, and/or contribution within the viral transcription complex. The comparative analysis of mutant viruses engineered by reverse genetics, and which are able to modulate the interferon response, would be an interesting avenue to better understand the implications of the polymorphisms they carry. This approach could provide a better understanding of the reovirus and be useful in the perspective of optimizing the oncolytic potential of this virus.

La glycoprotéine M (gM) du virus de l’herpès simplex de type 1 (VHS-1) est une protéine transmembranaire conservée parmi les Herpesviridae. C’est une protéine essentielle pour certains virus herpétiques. Cependant, gM est non essentielle quoiqu’importante pour les Alphaherpesvirinae tels que VHS-1 et VHS-2. En effet, lorsque gM est inhibée lors d’une infection au VHS-1, les titres viraux diminuent d’environ 10 fois. Lors de l’infection, gM migre tout d’abord vers les membranes nucléaires et ensuite vers le réseau trans Golgi (TGN). Il est connu que le transport de gM vers le noyau est dépendant de l’infection, puisque dans des cellules transfectées, gM s'accumule au TGN. Sachant que les interacteurs viraux connus de gM ne sont pas directement impliqués dans cette migration, une étude d’identification de nouveaux partenaires a été conduite. Cent soixante et onze protéines cellulaires potentiellement partenaires de gM ont précédemment été identifiées par BioID. Parmi celles-ci, 27 protéines ont été choisies pour validation étant donné leur implication au niveau du transport vésiculaire ou leur localisation aux membranes nucléaires. Mes travaux démontrent que l'Integral membrane protein 2B (ITM2B), une des protéines choisies pour validation, interagit et colocalise avec gM lors de l’infection. Par ailleurs, elle régule la production virale et la migration de gM vers le TGN lors d’infection. Étonnamment, cette protéine semble aussi être importante pour l’encapsidation du génome viral lors de l’infection. Finalement, nous avons montré que la production de capsides de type C, processus requérant ITM2B, serait impliqué dans la sortie nucléaire de gM. Ainsi, dans ce mémoire, nous établissons de nouvelles fonctions pour une protéine cellulaire, ITM2B, n’ayant pas d’implication auparavant décrites avec le VHS-1, durant la propagation de ce dernier. / Herpes simplex virus type 1 (HSV-1) glycoprotein M (gM) is a transmembrane protein conserved among the Herpesviridae. It is an essential protein for certain herpesviruses. However, gM is nonessential although important for HSV-1 and HSV-2. Indeed, when gM is inhibited during an HSV-1 infection, the viral titers decrease by tenfold. Upon infection, gM migrates first to nuclear membranes and then to the trans-Golgi network (TGN). It is known that the transport of gM to the nucleus is dependent on the infection since, in transfected cells, gM accumulates at the TGN. Knowing that the investigated gM viral interactors are not directly involved in this migration, a recent study identified by BioID 171 cellular proteins potentially partners of gM. Among these, 27 proteins were chosen for validation for their involvement in vesicular transport or localization at the nuclear membranes. Integral membrane protein 2B (ITM2B), one of the proteins chosen for validation, seems to be important for viral production as well as the migration of gM to the TGN during infection. Moreover, we showed that ITM2B interacts and colocalizes with gM upon infection. This protein also seems to be important for encapsidation of the viral genome. Finally, we showed that the production of C-type capsids, a process requiring ITM2B, would be involved in the nuclear exit of gM. In this memoir, we establish new functions for a cellular protein, ITM2B, having no involvement previously described with HSV-1, during the propagation of the latter.

En l'absence d'un vaccin efficace et avec des thérapies antirétrovirales incapables d'éradiquer le virus, le VIH-1 reste un problème de santé publique mondial. Des immunothérapies à base d'anticorps sont à l'étude pour éliminer les réservoirs cellulaires, qui représentent un obstacle incontournable à la guérison du VIH-1. Les glycoprotéines d'enveloppe du VIH-1 (Env) représentent le seul antigène du virus exposé à la surface des cellules infectées et constituent donc la principale cible des anticorps. L’Env non-liée adopte sa conformation « fermée », reconnue préférentiellement par les anticorps neutralisants. L'interaction avec CD4 fait passer Env dans sa conformation « ouverte », exposant des épitopes conservés reconnus par les anticorps non-neutralisants (nnAbs) présents dans le sérum d’individus infectés par le VIH-1 (sérums VIH+). Les nnAbs peuvent éliminer les cellules infectées par la cytotoxicité cellulaire dépendante des anticorps (ADCC). Cependant, les protéines accessoires Nef et Vpu diminuent l’expression de surface de CD4 et BST-2 afin d’évader à la reconnaissance et l'élimination des cellules infectées par les nnAbs. Dans cette thèse, nous caractérisons en détail la contribution d’Env, Nef et Vpu pour échapper aux réponses humorales et explorons de nouvelles stratégies pour sensibiliser les cellules infectées à l’ADCC. Pour quantifier plus adéquatement la réponse ADCC, nous avons identifié des biais dans les tests largement utilisés, notamment pour évaluer les corrélats de protection vaccinale. Il s'agit de l'incapacité à faire la distinction entre l'élimination des cellules infectées et des cellules non-infectées, et l'utilisation de constructions virales comportant un gène rapporteur empêchant l’expression de Nef. En utilisant un nouveau marquage intracellulaire, nous avons confirmé l’effet protecteur de Nef et Vpu contre l’ADCC. Ensuite, nous avons étudié les déterminants d’Env et Vpu modulant la susceptibilité des cellules infectées à l’ADCC médiée par les nnAbs. Certaines caractéristiques structurelles d'Env modulent ses transitions conformationnelles, incluant le domaine d'association du trimère, le site de clivage de la furine et la cavité Phe43. L’altération de ces composantes augmente la sensibilité des cellules infectées à l'ADCC par les sérums VIH+. Outre l’inhibition de CD4 et BST-2, Vpu cible également NTB-A et PVR, des ligands de récepteurs activateurs des cellules NK. Cependant, la polyfonctionnalité de Vpu est compromise par l’augmentation de BST-2 par les interférons de type I (IFN-I), sensibilisant ainsi les cellules infectées aux réponses NK. En utilisant un modèle de souris humanisée, nous validons l'importance de Vpu pour échapper à la pression immunitaire des nnAbs in vivo. Enfin, nous avons exploré de nouvelles stratégies pour sensibiliser les cellules infectées à l'ADCC en modulant la conformation d’Env avec des mimétiques moléculaires de CD4 (CD4mc). Nous avons identifié des résidus bordant la cavité Phe43 modulant la sensibilité au CD4mc. L’accumulation d’Env induite par les IFN-I augmente la capacité du CD4mc à sensibiliser les cellules infectées à l'ADCC par les sérums VIH+. Globalement, cette thèse dévoile une caractérisation approfondie des déterminants viraux et cellulaires modulant la susceptibilité des cellules infectées par le VIH-1 aux réponses humorales. Une meilleure compréhension de ces mécanismes est nécessaire pour développer des nouvelles stratégies capables d’éradiquer les réservoirs viraux. / In the absence of an effective vaccine and with antiretroviral therapies unable to eradicate the virus, HIV-1 remains a global public health problem. Antibody-based immunotherapies are currently being investigated to eliminate cellular reservoirs, which represent a major obstacle towards an HIV-1 cure. HIV-1 envelope glycoproteins (Env) represent the only virus-specific antigen exposed at the surface of infected cells and therefore is the main target for antibodies. In its unliganded form, Env samples a ‘closed’ conformation, preferentially recognized by neutralizing antibodies. Interaction with CD4 drives Env into its ‘open’ conformation, exposing conserved epitopes recognized by non-neutralizing antibodies (nnAbs) present in sera from HIV-1 infected individuals (HIV+ sera). NnAbs can eliminate infected cells by antibody-dependent cellular cytotoxicity (ADCC). However, HIV-1 encodes for the accessory proteins Nef and Vpu which decrease cell surface levels of CD4 and BST-2, thus avoiding recognition and elimination of infected cells by nnAbs. In this thesis, we characterize in detail the contribution of Env, Nef, and Vpu to evade humoral responses and explore new strategies for sensitizing infected cells to ADCC. In an effort to develop a more adequate quantification of ADCC responses, we identified major biases in widely used assays, including the ones used to assess correlates of vaccine protection. These include the inability to distinguish between the elimination of infected and uninfected cells and the use of viral constructs coding for a reporter gene that prevents Nef expression. Using a novel intracellular staining, we confirmed the protective effect of Nef and Vpu against ADCC responses. Next, we studied the different Env and Vpu determinants modulating the susceptibility of infected cells to nnAbs-mediated ADCC responses. Certain Env structural features modulate its conformational transitions, including the trimer association domain, the furin cleavage site and the Phe43 cavity. Alterations of these components increase the susceptibility of HIV-1-infected cells to ADCC mediated by HIV+ sera. In addition to inhibiting CD4 and BST-2, Vpu also targets NTB-A and PVR, which act as ligands for NK cell activating receptors. However, we found that the polyfunctionality of Vpu can be compromised by the upregulation of BST-2 by type I interferons (IFN-I), thereby sensitizing infected cells to NK cell responses. Using a humanized mouse model, we validate the importance of Vpu to escape the immune pressure of nnAbs in vivo. Finally, we explored new strategies to bypass the protective effect of Vpu and Nef and sensitize HIV-1-infected cells to ADCC by modulating Env conformation using small CD4-mimetic compounds (CD4mc). We identified a network of residue lining the Phe43 cavity that modulates Env sensitivity to CD4mc. The enhanced surface expression of Env by type I IFNs boosts the ability of CD4mc to sensitize HIV-1-infected cells to ADCC by HIV+ sera. Overall, this thesis sheds light on a thorough characterization of viral and cellular determinants modulating the susceptibility of HIV-1-infected cells to humoral responses. A better understanding of these mechanisms is needed to develop new strategies able to eradicate viral reservoirs.

Un obstacle important dans l’éradication du virus de l’immunodéfience humaine (VIH-1) est l’établissement de réservoirs viraux où le virus reste à l’état latent ainsi que l’absence de vaccin efficace. Bien que les molécules antivirales actuelles permettent d’augmenter l’espérance de vie des personnes vivant avec le VIH-1 (PLWH) ainsi que de diminuer la réplication virale chez cellesci, elles ne contribuent pas à l’élimination de ces réservoirs. La hausse de résistance envers ces molécules inhibitrices nécessite le développement constant de nouvelles molécules. L’une d’entre elles, temsavir (BMS-626529), est un nouvel inhibiteur d’attachement approuvé par la FDA depuis 2020. Sa cible, la glycoprotéine d’enveloppe (Env), est le seul antigène viral présent à la surface des cellules infectées et des virions, représentant donc la cible idéale des anticorps. L’Env mature se trouve sous forme d’hétérodimère (gp120 et gp41) suite au clivage de son précurseur gp160. Temsavir lie sous la boucle β20-β21 de la gp120 et prévient donc, par compétition, l’interaction entre l’Env et le récepteur CD4 de l’hôte. En plus de son rôle en tant qu’inhibiteur d’attachement, temsavir permet de stabiliser le trimère dans sa conformation dite «fermée». Un ancien analogue de temsavir, BMS-806, a montré réduire l’addition de glycans ainsi que de diminuer le clivage du précurseur gp160. Nos études démontrent que temsavir possède également un impact sur ces mécanismes impliqués dans la maturation et la flexibilité de l’Env de plusieurs souches du VIH-1. De ce fait, nous avons investigué l’effet de cette altération sur la conformation des différentes Env. Nos observations montrent que l’effet de temsavir sur le clivage protéolytique est associé à une diminution de la reconnaissance de l’Env par des anticorps ciblant différentes régions de celle-ci. Cette modification de la reconnaissance de l’Env est également associée à l’efficacité de la réponse cytotoxique cellulaire dépendante des anticorps (ADCC) à éliminer les cellules infectées. Les résultats présentés dans ce mémoire, notamment l’effet de temsavir sur la conformation de l’Env, devrait être considéré lors du développement d’immunothérapies ciblant le réservoir viral. / An important obstacle in the eradication of the human immunodeficiency virus (HIV-1) is the establishment of viral reservoirs where the virus remains in a latent state and the absence of a potent vaccine. Although current antiretroviral molecules increase the life expectancy of people living with HIV-1 (PLWH) as well as reduce viral replication, they do not contribute to the elimination of these reservoirs. Also, the increase in drugs resistances towards these inhibitory molecules requires the constant development of new molecules. One of them, temsavir (BMS-626529), is a new attachment inhibitor approved by the FDA since 2020. Its target, the envelope glycoprotein (Env), is the only viral antigen present at the surface of infected cells and virions and thus, is also the main target of antibodies. This mature Env consists of three gp120-gp41 heterodimers after the proteolytic cleavage of its gp160 precursor. Temsavir binds under the β20-β21 loop of gp120 and prevents the interaction between Env and the host CD4 receptor. In addition to its role as an attachment inhibitor, temsavir stabilizes the trimer in its "closed" conformation. A previous analog of temsavir, BMS-806, has been shown to affect the addition of glycans as well as the cleavage of the gp160 precursor. Our studies demonstrate that temsavir also has an impact on these mechanisms involved in the maturation and flexibility of Env of several strains of HIV-1. Therefore, we investigated the effect of this alteration on the conformation of different Env. Our observations showed that the effect of temsavir on proteolytic cleavage is associated with a decrease in Env recognition by antibodies targeting different regions of Env. This modification in Env recognition also appears to be associated with the efficacy of antibody to mediate potent antibody-dependent cellular cytotoxicity (ADCC) against infected-cells. The results presented in this master thesis, should be considered when developing immunotherapies aimed at targeting the viral reservoir in Fostemsavir-treated individuals.

L’infection au VIH a plusieurs effets délétères, dont la dérégulation du compartiment des lymphocytes B. Cette dérégulation s’installe rapidement après l’infection et perdure au-delà de la thérapie antirétrovirale, pouvant mener à diverses maladies auto-immunes ainsi qu’à des lymphomes. Chez les individus atteints du VIH, cette dérégulation mène à l’augmentation de la fréquence des cellules B précurseurs de la zone marginale (MZ) dans le sang ainsi qu’à leur production d’IL-10, à l’augmentation du B-cell activating factor (BAFF), et à l’hyperglobulinémie. De plus, Nef a été détecté dans le sérum et dans les cellules dendritiques des patients infectés, les niveaux de Nef des patients corrélant avec leurs niveaux de BAFF. L’analyse d’un RNAseq effectué sur des cellules B MZ précurseurs démontre la diminution hautement significative d’expression des NR4As et de CD83 chez les patients VIH+ progresseurs comparativement aux contrôles VIH- et aux élites contrôleurs. Notre équipe a d’ailleurs démontré le potentiel et la fonction Breg associés à l’expression des NR4As et CD83 chez les cellules B MZ précurseurs du sang et d’amygdales. Aussi, la majorité de cette population co-exprime CD73 et CD39, molécules impliquées dans la synthèse de l’adénosine, cette dernière ayant un contrôle sur l’expression des NR4As. Nous voulions donc étudier l’effet de niveaux élevés de BAFF et de Nef sur la modulation de l’expression des NR4As, de CD83, CD73 et CD39 chez les cellules B MZ d'amygdales et l’effet de la déhydroergotamine (DHE) sur ce modèle, des études ayant déjà illustré sa modulation positive des NR4As. Nous étions aussi intéressés par la production d’IL-10 par ces cellules B MZ ainsi que l’effet de Nef sur son expression. Nous avons trouvé qu’après incubation avec BAFF et Nef, l’expression de NR4A1 et de CD83 était souvent plus basse qu’après une incubation avec BAFF seul qui semblait augmenter l’expression de ces dernières, ce qui concorde avec les résultats du RNAseq mentionné plus haut. Après une incubation avec Nef seul, l’expression des NR4As et de CD83 est similaire à l’expression mesurée après une incubation sans traitement, mais certains patients ont démontré une diminution légère de l’expression de ces molécules, chose normale puisque les échantillons contenaient tous des niveaux basaux de BAFF. De plus, nos résultats démontrent que le DHE augmente l’expression de NR4A1 et 3 après que leur expression ait été diminuée par Nef et son effet semble être plus important au niveau des cellules B MZ et MZ précurseurs. Ces résultats suggèrent l’utilité du DHE pour la diminution des niveaux inflammatoires chez les individus atteints du VIH, les NR4As ayant un rôle anti-inflammatoire par la diminution des fréquences de NFkB, molécule modulée positivement par Nef. Nous avons remarqué que les populations exprimant IL-10 co-expriment principalement CD10. L’effet de Nef n’a malheureusement pas été remarqué sur l’expression d’IL-10, d’autres études étant nécessaires avec nos populations d’amygdales. Bref, nos résultats suggèrent l’utilité d’agents thérapeutiques ciblant les NR4As en addition à la thérapie antirétrovirale, leur modulation chez les lymphocytes B MZ et MZ précurseurs pouvant être un aspect clé du contrôle des niveaux inflammatoires chez les individus atteints du VIH. / HIV infection is accompanied by many deleterious effects, including B cell dysfunction. This dysfunction begins rapidly after infection and persists throughout the course of infection, without being fully restored by antiretroviral therapy. These alterations can lead to lymphomas and a multitude of auto-immune diseases. In people living with HIV, B-cell deregulation leads to an increase in “precursor-like” marginal zone (MZ) B cell frequency and their secretion of IL-10, to an increase in B-cell activating factor (BAFF), and to hyperglobulinemia. In addition, Nef has been detected in the serum and dendritic cells of infected individuals, its levels correlating with BAFF levels in affected patients. The analysis of an RNA-seq performed on precursor-like MZ B cells indicated a highly significant drop in NR4A1-3 and CD83 levels in HIV+ progressors compared to HIV- controls and HIV+ elite controllers. In fact, our team has previously demonstrated regulatory “Breg” potential associated to NR4A and CD83 expression in blood and tonsil precursor-like MZ B cells. The majority of this population also co-expresses CD73 and CD39, molecules involved in adenosine synthesis, adenosine being a regulator of NR4A expression. Therefore, we wanted to study the effects of BAFF and Nef on the modulation of NR4A, CD83, CD73 and CD39 expression in tonsil MZ B cells as well as the effect of dihydroergotamine (DHE) on this model, studies having already shown its positive modulation on the NR4As. We were also interested in the effects of Nef on IL-10 production by MZ B cells. We found that after incubation with BAFF and Nef, NR4A1 and CD83 expression was often lower than after an incubation with BAFF only, which seemed to increase their expression. This corresponds with the results of the RNA-seq mentioned above. After incubation with Nef alone, NR4A and CD83 expression is similar to the expression levels found after incubation without treatment. Some patients did demonstrate a slight decrease in the expression of these molecules, a normal observation considering all samples contain a basal level of BAFF. In addition, our results demonstrate that DHE increases NR4A1 and NR4A3 levels after their expression is initially decreased iv by Nef, and its effect seems more significant in MZ and precursor-like MZ B cells. These results suggest the usefulness of DHE for the reduction of inflammatory levels in individuals living with HIV, the NR4As having an anti-inflammatory role by decreasing the frequency of NFkB, a molecule positively modulated by Nef. Furthermore, we noted the populations expressing IL-10 mainly co-express CD10. Unfortunately, Nef’s previously reported effect on IL-10 expression was not noticed, indicating the need for further studies using our tonsil samples. In conclusion, our results suggest the value of therapeutic agents targeting NR4As in addition to antiretroviral therapy, their modulation of MZ and precursor-like MZ B cells possibly being the key to controlling inflammatory levels in individuals living with HIV.

Les personnes qui vivent avec le VIH (PVVIH) doivent prendre un traitement d’antirétroviraux combinés (ART) pour contrôler la réplication virale et empêcher le développement d’une immunodéficience dont l’issue est fatale. Les ART protègent les cellules saines de l’infection et permettent ainsi de rendre la charge virale plasmatique indétectable. Cependant, l’arrêt des ART entraine presque inévitablement un rebond de la charge virale, puisque le virus n’est jamais complètement éliminé par le système immunitaire. En effet, de multiples cellules infectées, où le virus s’est intégré et demeure dans un état de latence, restent présentes tout au long de la vie des PVVIH. Une partie de ces cellules infectées forme le réservoir compétent pour la réplication. Les provirus responsables du rebond de la charge virale possèdent trois caractéristiques : ils gardent la capacité d’être réactivés (sortie de latence), ils sont génétiquement intacts, et ils peuvent produire de nouvelles particules virales infectieuses. Afin de guérir les PVVIH de l’infection, il faut donc cibler les quelques rares cellules portant un provirus intact et inductible. Pour ce faire, il est impératif de comprendre comment ces cellules sont maintenues pendant les années de ART, de les localiser dans tout l’organisme, et d’identifier ce qui peut les distinguer des autres. Ce sont ces trois aspects que nous avons abordés au cours des travaux de recherche présentés dans cette thèse, autant à l’échelle de la cellule unique que de l’organisme entier. Nos résultats montrent que les provirus compétents pour la réplication persistent dans des lymphocytes T CD4+ mémoires exprimant l’intégrine VLA-4 en grande quantité, que les provirus intacts peuvent subsister au sein de différents compartiments anatomiques, que les provirus inductibles et compétents pour la traduction de la protéine virale p24 sont majoritairement défectifs, et que l’expansion clonale est un mécanisme important qui favorise le maintien du réservoir viral dans le sang et dans les tissus tout en favorisant la diversité phénotypique de ces cellules. / People with HIV (PWH) must take combinational antiretroviral therapy (ART) to control viral replication and avoid developing fatal immunodeficiency. ART allows achieving undetectable plasma viral load, and thus protects uninfected cells from HIV. However, ART interruption will almost inevitably result in a viral rebound since HIV is never completely cleared by the immune system. Indeed, a group of infected cells, where the virus has integrated and remains in a latent state, persists throughout the life course of PWH, and some of these cells form the replicationcompetent reservoir. Proviruses responsible for viral rebound have three characteristics: they can be induced to exit their latent state, they are genetically intact, and they are able to produce new infectious viral particles. Therefore, in order to cure PWH, it is essential to target the few cells with intact and inducible provirus, and to be able to do so, it is imperative to understand how these cells are maintained during years of ART, to localize them throughout the body, and to identify what distinguishes them from other cells. These three aspects are the focus of the work presented in this thesis, whether at the single-cell level or looking through the whole body. Our results show that replication-competent proviruses persist in memory CD4+ T cells expressing high levels of the integrin VLA-4, that intact proviruses can persist among various anatomical compartments, that inducible and translation-competent proviruses are predominantly defective, and that clonal expansion is an important mechanism that favors the maintenance of reservoir cells both in the blood and in deep tissues in addition to diversify phenotypically those cells.