Le système baculovirus / cellules d’insectes est un outil performant pour la production de vecteurs AAV recombinant pour la thérapie génique. Cette production nécessite que, les gènes rep et cap de l’AAV ainsi que le transgène encadré par les ITR, soient codés dans le génome du baculovirus AcMNPV. L’utilisation de cassettes de recombinaison pour intégrer ces gènes provoque à grande échelle une certaine instabilité au sein des 134Kb du génome. Pour pallier à ce phénomène, une nouvelle stratégie d’intégration de gènes a été mise en place. Celle-ci doit permettre notamment d’éviter la présence de cicatrices de recombinaison et de modifier le génome du bacmid d’AcMNPV. Basée sur la technique de Gibson Assembly, nous avons tenté d’assembler de novo le génome du baculovirus d’AcMNPV à partir de fragments PCR chevauchants. Nous avons réussi à pré assembler en 4 parties la totalité du génome. Celles-ci ont permis d’insérer le gène de la GFP comme gène d’intérêt mais également d’éliminer le gène de résistance antibiotique et le Mini-F réplicon, facteur d’instabilité en cellules d’insecte. Plusieurs clones obtenus ne contiennent aucune mutation. Cette technique pourrait être appliquée à la production de vecteurs AAVr. / The baculovirus / insect cell system allows AAV vector production for gene therapy purposes. Current baculoviruses used for the production of rAAV vectors are a bottleneck for Scaling up production. Indeed the use of recombination boxes to insert the genes brings instability to the134kb genome. To avoid this, a new gene integration strategy has been implemented. In this work, we have assayed the full assembly of AcMNPV´s genome using the Gibson Assembly technic. PCR fragments covering the totality of genome and able to assemble through overlapping terminal regions have been pre-assembled in 4 segments. The finally assembly should contain the eGFP gene used has gene of interest along with replacement of the Mini-F replicon by polyhedrin gene. This feasibility study has shown that we could obtain segments without any mutation. Final assembly is still on-going. This technology should be applied next for the generation of baculovirus used for the production of rAAV vectors. This marker less combination method should solve problems of genome instability.

La thérapie génique de myopathies telles que la dystrophie musculaire de Duchenne nécessite une approche systémique afin de traiter l'ensemble de la musculature. Le vecteur AAV est actuellement le plus efficace pour transduire le muscle. Nous montrons que la biodistribution du vecteur AAV administré par voie veineuse peut être modifiée en utilisant diverses stratégies adjuvantes chez la souris saine. La pré-injection de polymères permet ainsi d'améliorer la transduction des muscles par le vecteur AAV, ou encore de baisser la réponse immune neutralisante induite par l'injection intraveineuse du vecteur. Nous abordons également l'impact de facteurs modulateurs exogènes ou endogènes – tels que la procédure d'administration ou certains facteurs sanguins – sur la transduction systémique de l'AAV. Dans une seconde approche, nous avons évalué le transfert de gènes dans le muscle dystrophique afin de sécréter dans la circulation sanguine une protéine transgénique fusionnant le récepteur soluble I du TNF-α avec le fragment constant d'une immunoglobuline (TNFR-Is/mIgG1). La comparaison des cinétiques de sécrétion obtenu après le transfert de gène dans le muscle de souris saines ou de souris dystrophiques mdx indique que le contexte inflammatoire du muscle dystrophique favorise une réponse immune contre le transgène. Nous montrons que l'expression et la sécrétion d'un variant murin peu immunogène du TNFR-Is/mIgG1 améliore la fonction musculaire de la souris mdx sans toutefois conférer un avantage sélectif aux fibres musculaires dystrophiques qui continuent leur cycle de nécrose et de régénération.

L'activation de la voie β-adrénergique entraîne une augmentation de l'AMPc qui joue un rôle clé dans la régulation de la contraction cardiaque. Alors qu'une stimulation aiguë des récepteurs β-adrénergiques (β-AR) améliore la fonction cardiaque, leur activation chronique dans l'insuffisance cardiaque (IC) est préjudiciable au cœur, car elle favorise la dérégulation du calcium intracellulaire et le remodelage pathologique du cœur. Les phosphodiestérases (PDE) sont responsables de la dégradation de l'AMPc et de la compartimentation, et donc ajustent finement les réponses β-AR. Nous avons montré précédemment que la PDE4B est diminuée dans l'hypertrophie cardiaque pathologique et que l'ablation de PDE4B chez la souris exacerbe la stimulation β-AR du courant Ca2+ de type L et la propension aux arythmies cardiaques. Étant donné qu'un traitement à long terme par des inhibiteurs de la PDE augmente la mortalité dans l'HF, nous avons supposé que la diminution des taux d'AMPc pourrait avoir un effet thérapeutique dans cette maladie. Nous avons exploré si la surexpression cardiaque médiée par les vecteurs viraux adéno-associés sérotype 9 (AAV9) ou à l’aide d’un système transgénique de PDE4B pourrait prévenir une hypertrophie dans un modèle murin d'infusion chronique d'isoprotérénol (Iso) (60 μg / g / jour pendant 2 semaines). L'échocardiographie a permis l'exploration de la fonction cardiaque. L'expression de la protéine PDE4B dans les extraits de coeur a été mesurée par western blot. Des coupes de cœur (10 μm d'épaisseur) ont été prélevées sur des échantillons inclus en paraffine et colorées avec le trichrome de Masson pour quantifier la fibrose. Une augmentation de dix fois et cinq fois des niveaux de protéines PDE4B a été mesurée dans les transgéniques et les AAV9, respectivement. Chez les souris transgéniques adulte, la surexpression constitutive de la PDE4B a provoqué une légère hypertrophie. Chez les souris témoins, de type sauvage ou ayant reçu un AAV9 codant pour la Luciferase(1x1012 particules virales), le traitement par Iso chronique a induit une hypertrophie cardiaque, une fibrose et une diminution de la fraction d'éjection (EF) mesurée par échocardiographie. La surexpression de PDE4B n'a pas empêché l'hypertrophie cardiaque induite par Iso, mais a aboli l'augmentation de la fibrose. Plus important encore, l’EF a été préservé lorsque PDE4B a été surexprimé dans ce modèle pathologique. Au total, ces résultats suggèrent que la thérapie génique avec des AAV9 codant pour PDE est une approche thérapeutique potentielle pour le traitement de l'hypertrophie cardiaque inadaptée. / Activation of the β-adrenergic pathway results in an increase in cAMP which plays a key role in the regulation of cardiac contraction. While an acute stimulation of the β-adrenergic receptors (β-ARs) improves cardiac function, their chronic activation in heart failure (HF) is detrimental to the heart, as it promotes deregulation of intracellular calcium handling and maladaptive remodeling. Multiple phosphodiesterases (PDEs) are responsible for cAMP degradation and compartmentation, and therefore finely tune β-AR responses. We showed previously that PDE4B is decreased in pathological cardiac hypertrophy and PDE4B ablation in mice exacerbates β-AR stimulation of the L-type Ca2+ current and the propensity to cardiac arrhythmias. Since long term treatment with PDE inhibitors increases mortality in HF, we hypothesized that decreasing cAMP levels could have a therapeutic effect in this disease. To address this hypothesis we used two different models: transgenic overexpression of the PDE using the cardiac specific promoter α-MHC, and PDE-encoding adeno-associated virus targeting the heart in adult mice. We explored whether transgenic or serotype 9 adeno-associated viral vectors (AAV9) mediated cardiac overexpression of PDE4B could prevent maladaptive hypertrophy in a mouse model of chronic isoproterenol (Iso) infusion (60 µg/g/day during 2 weeks). Echocardiography allowed cardiac function exploration. PDE4B protein expression in heart extracts was measured by western blot. Heart sections (10 µm thick) were cut from paraffin-embedded specimens and stained with Masson’s trichrome to quantify fibrosis. A ten-fold and five-fold increase in PDE4B protein levels was measured in transgenic and AAV9, respectively. In transgenic mice, constitutive PDE4B overexpression caused a mild hypertrophy in adult mice. In control mice, either wild-type or injected with a AAV9 encoding for (1x1012 vp), chronic Iso treatment induced cardiac hypertrophy, fibrosis, and decreased ejection fraction (EF) measured by echocardiography. Overexpression of PDE4B did not prevent cardiac hypertrophy induced by Iso, but abolished the increase in fibrosis. More importantly, EF was preserved when PDE4B was overexpressed in this pathological model. Altogether, these results suggest that gene therapy with AAV9 encoding PDEs is a potential therapeutic approach for cardiac maladaptive hypertrophy.

Les maladies cardiovasculaires (MCV) constituent la première cause de mortalité dans le monde. Des efforts significatifs ont été menés pour améliorer la prévention des MCV et ont abouti à une réduction du taux de mortalité. Cependant, un ralentissement considérable du taux de réduction des MCV a été observé à partir de 2011 malgré les nouvelles avancées thérapeutiques. Ces taux alarmants justifient le besoin de découvrir de nouvelles thérapies afin d’améliorer la prévention des MCV dans la population générale. Des taux élevés de cholestérol total et transporté par les lipoprotéines de basse densité (LDL) sont fortement liés aux MCV athérosclérotiques. Ainsi, les thérapies hypolipémiantes sont les thérapies les plus utilisées pour prévenir les MCV. Nos résultats antérieurs ont identifié Golgi glycoprotein 1 (GLG1) comme étant une nouvelle protéine impliquée dans le métabolisme lipidique. Par conséquent, notre étude actuelle vise à démontrer l'effet de GLG1 sur le développement de l'athérosclérose. Pour étudier cet effet, nous avons réduit l'expression de GLG1 (silençage génique ou knockdown) dans le foie de souris hypercholestérolémiques Apoe-/- en utilisant un virus adéno-associé de type 8 (AAV8) véhiculant un petit ARN en épingle à cheveux (shRNA) ciblant GLG1. Deux semaines post-injection, les souris ont été nourries par un régime occidental pendant 12 semaines. L'étude a révélé que le knockdown de GLG1 réduit significativement les taux plasmatiques de cholestérol total, de lipoprotéines de très basse densité (VLDL), de LDL et diminue les lésions athérosclérotiques au niveau du sinus aortique. Cependant, nos résultats ont démontré que le knockdown de GLG1 à l’aide du système AAV8 n'était pas stable pendant toute l'étude, le rendant inefficace au-delà de 2 mois. En résumé, nos résultats montrent que le knockdown de GLG1 réduit les taux de cholestérol plasmatique ainsi que la progression de l'athérosclérose chez les souris Apoe-/-. Cette réduction s'est produite en dépit de la perte progressive du knockdown de GLG1 et est probablement liée à la réduction de la sécrétion d'apolipoprotéines B100. Ces résultats montrent que GLG1 est une cible thérapeutique prometteuse pour abaisser les taux de cholestérol plasmatique, en particulier les VLDL et LDL, et prévenir le développement de l'athérosclérose. / Cardiovascular diseases (CVD) are the leading cause of death worldwide. Significant efforts have been made to prevent CVD and have resulted in a reduced mortality rate. However, a considerable slowdown in the reduction rate of CVD has been observed starting in 2011 despite new therapeutic advances. These alarming rates justify the need to discover new therapies to improve the prevention of CVD in the general population. High levels of total cholesterol and low-density lipoprotein cholesterol (LDL-C) are strongly linked to atherosclerotic cardiovascular diseases. Thus, lipid-lowering therapies are the most used therapies to prevent CVDs. Our previous study identified Golgi glycoprotein 1 (GLG1) as a new protein involved in lipid metabolism. Therefore, our current study aims to demonstrate the effect of GLG1 on the development of atherosclerosis. To study the effect of GLG1 on atherosclerosis, we reduced GLG1 expression in hypercholesterolemic Apoe-/- mice livers using an adeno-associated virus coding for a short hairpin RNA (shRNA) targeting GLG1 then 2 weeks post-injection mice were fed a Western diet for 12 weeks. The study revealed that GLG1 knockdown significantly reduced plasma total cholesterol levels, especially very low-density lipoprotein (VLDL)- and LDL-C, and atherosclerotic lesions in the aortic root. However, our results showed that AAV-mediated GLG1 knockdown was not stable during the entire study, making it ineffective in lowering plasma cholesterol levels beyond 2 months. In summary, our results show that lowering GLG1 expression reduces plasma cholesterol levels as well as atherosclerosis progression in Apoe-/- mice. Remarkably, the reduction in atherosclerosis occurred in spite of the gradual loss of GLG1 AAV-mediated knockdown and is likely related to the reduced apolipoptotein B100 secretion. These findings demonstrate that GLG1 is a promising therapeutic target for lowering plasma cholesterol levels, particularly VLDL- and LDL-C, and preventing atherosclerosis development.

Les virus sont des parasites biologiques de taille nanométrique. Détournant la machinerie cellulaire de la cellule infectée, ils mettent en place une stratégie de réplication permettant la production de nouveaux virus. Un virus est constitué d’une capside protéique protégeant le génome viral, long polymère d’ADN ou ARN, et possède dans certains cas une enveloppe lipidique. Des travaux récents suggèrent que les propriétés physiques des virus sont importantes pour comprendre certaines étapes du cycle viral. Dans le but de relier le comportement biologique des virus à leurs propriétés physiques, nous avons utilisé une approche combinant l’imagerie AFM et des mesures mécaniques à l’échelle nanométrique, en lien avec la modélisation physique des capsides virales. Nous avons développé des outils d’analyse automatisée des images et courbes de forces obtenues pour quantifier les propriétés physiques de capsides virales et l’effet du microenvironnement. Nous avons étudié deux virus très différents : le rétrovirus VIH-1, responsable du SIDA et le vecteur AAV, utilisé en thérapie génique. Ce travail a permis la caractérisation des propriétés morphologiques et mécaniques de pseudo-particules virales et de cores du VIH-1, à l’échelle du virus unique et sur des populations de centaines de virus. En nous intéressant à l’effet de la nature de l’ARN encapsidé dans les particules virales in cellulo, nous avons montré un rôle structurant pour l’ARN viral du VIH-1 et en particulier son signal d’encapsidation psi. Enfin, nous avons initié l’étude de l’effet de la retro-transcription (conversion du génome viral ARN en ADN) au sein du core VIH-1 sur la stabilité de celui-ci. L’étude du parvovirus AAV existant sous forme de plusieurs variants naturels (sérotypes) nous a permis de comparer les propriétés physiques des capsides à l’équilibre thermodynamique et hors d’équilibre. En faisant varier le microenvironnement (température et pH), nous avons sondé son influence sur la stabilité des capsides AAV. Nous avons pu montrer en particulier que la capside AAV8 est plus rigide que AAV9 alors que sa stabilité thermique est réduite, en relation avec des propriétés biologiques différentes pour ces deux sérotypes. En outre, la rigidité des capsides AAV8 diminue dans un environnement acide imitant l’endosome tardif, et ceci se traduit par une plus grande stabilité thermique. Enfin, nous avons quantifié l’effet de la longueur et de la nature du génome sur la stabilité des capsides AAV. / Viruses are nanometer size biological parasite, which highjack the cellular machinery of the infected cells to replicate and thereby produce new viruses. A virus consists of a protein capsid, protecting the viral genome, a long polymer of DNA or RNA, and in some cases is surrounded by a lipid envelope. Recent work suggests that the physical properties of viruses are important in order to understand the viral cycle. In order to link the biological behavior of the virus to their physical properties, we used an approach combining AFM imaging and mechanical measurements at the nanometer scale, in connection with the physical modeling of viral capsids. We have developed automated image and force curves analysis tools to quantify the physical properties of viral capsids and the effect of the microenvironment. We have focused on two very different viruses: the HIV-1 retrovirus, responsible for AIDS and the AAV vector used in gene therapy. This work has led to the characterization of the morphological and mechanical properties of virus-like particles and cores of HIV-1 at the single virus level and on populations of hundreds of viruses. Focusing on the effect of the nature of the RNA encapsidated inside the viral particles in cellulo, we have highlighted the structural control of the viral RNA, and more precisely the psi packaging signal, on both HIV-1 VLPs and cores. Finally, we have initiated the study of the effect of reverse transcription (conversion of viral genomic RNA into DNA) within the cores HIV-1 on its stability. The study of parvovirus AAV existing form of several natural variants (serotypes) allowed us to compare the capsid physical properties at thermodynamic equilibrium and out of equilibrium. By varying the microenvironment (temperature and pH), we probed its influence on the stability of the AAV capsid. We have shown in particular that the AAV8 virus is stiffer than AAV9 while thermal stability is reduced, in relation to different biological properties for these two serotypes. In addition, the rigidity of AAV8 capsids decreases in an acidic environment mimicking the late endosome transport, and this results in a higher thermal stability. Finally, we quantified the effect of the length and nature of the confined genome on the thermal stability of AAV capsids.

Le parvovirus humain Adeno-Associé (AAV) est un Dependoparvovirus qui ne peut accomplir son cycle réplicatif qu’en présence d’un virus auxiliaire tel que l’Adénovirus (AdV) ou le virus de l’Herpès Simplex de type 1 (HSV-1). En absence de virus auxiliaire, l’AAV va persister sous forme épisomale ou intégrée. Cette intégration survient de façon préférentielle dans un locus spécifique, au site AAVS1, présent sur le chromosome 19 du génome humain.Des travaux précédents ont porté sur l’étude du contrôle de la réplication de l’AAV par les facteurs cellulaires de réparation des cassures d’ADN. En particulier, le complexe MRN (Mre11/Rad50/Nbs1), un senseur majeur des cassures de l’ADN double brin (CDB), a été montré comme pouvant inhiber les réplications virales de l’AAV et de l’AdV lors d’une co-Infection. L’AdV est capable de contrer cet effet en induisant la délocalisation et la dégradation de MRN. A l’opposé, MRN participe de façon positive à la réplication de l’HSV-1 et se retrouve localisé dans les centres de réplication viraux (CR) de l’AAV induits par HSV-1. Ceci nous a conduits à explorer plus en détail le rôle de ce complexe sur la réplication de l’AAV en présence d’HSV-1. Les résultats obtenus indiquent, qu’en absence de MRN, la réplication du génome de l’AAV est réduite de façon significative dans des cellules co-Infectées avec le virus HSV-1, sauvage ou muté pour son activité polymérase. Cette diminution est spécifique à l’AAV sauvage car aucune perturbation n’est observée sur la réplication des vecteurs AAV recombinants lorsque MRN est absent. La régulation positive de la réplication de l’AAV par MRN est dépendante de l’activité de pontage de l’ADN exercée par Rad50. De façon intéressante, l’absence de MRN inhibe également de façon significative l’intégration préférentielle de l’AAV au site AAVS1, que ce soit en absence ou en présence d’HSV-1.Ce travail de thèse suggère que le complexe MRN régulerait de façon différentielle la réplication de l’AAV en fonction du virus auxiliaire qui l’accompagne et identifie, pour la première fois, MRN comme un facteur clé pour l’intégration du génome de l’AAV au site AAVS1. / Adeno-Associated Virus (AAV) is a helper dependent Dependoparvovirus that requires co-Infection with adenovirus (AdV) or herpes simplex virus type 1 (HSV-1) to productively replicate. In the absence of the helper virus, AAV can persist in an episomal or integrated form. Integration occcurs preferentially at a specific locus called AAVS1 and based on human chromosome 19.Previous studies have analyzed the DNA damage response induced upon AAV replication to understand how it controls AAV replication. In particular, it was shown that the Mre11-Rad50-Nbs1 (MRN) complex, a major player of the DNA damage response induced by double-Stranded DNA breaks and stalled replication forks, could negatively regulate AdV and AAV replication during co-Infection. AdV counteracts this effect by inducing the delocalization and degradation of MRN. In contrast, MRN favors HSV-1 replication and our previous studies showed that it was recruited to AAV replication compartments that were induced in the presence of HSV-1. In this study we examined the role of MRN during AAV replication induced by HSV-1. Our results indicated that knockdown of MRN significantly reduced AAV DNA replication after co-Infection with polymerase deleted or wild type HSV-1. This reduction was specific of wild type AAV since it did not occur with recombinant AAV vectors. Positive regulation of AAV replication by MRN was dependent on its DNA tethering and nuclease activities. Importantly, knockdown of MRN could also negatively regulate AAV site-Specific integration within the human AAVS1 site, an event which occurred at a significant level during AAV replication induced by co-Infection with HSV-1. Altogether, this work demonstrates that MRN can differentially regulate AAV replication depending on the helper virus which is present and identifies a new function of this DNA repair complex during site-Specific integration of the AAV genome.