Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le Virus de l’Hépatite C (HCV) est un problème majeur de santé publique qui touche plus de 170 millions de personnes dans le monde. Le HCV cible essentiellement les hépatocytes où il effectue son cycle de réplication qui peut-être divisé en trois étapes majeures : l’entrée de la particule virale qui aboutit à la libération de l’ARN viral dans le cytoplasme, la traduction/réplication du génome viral et l’assemblage/sécrétion des particules néosynthétisées. Durant ma thèse, nous nous sommes intéressés à l’étape d’entrée qui est un processus complexe multiséquentiel faisant intervenir de nombreux facteurs cellulaires. Le virus se lie d’abord à la surface cellulaire via des facteurs d’attachement puis interagit avec des facteurs d’entrée spécifiques tels que la tétraspanine CD81, le récepteur scavenger B1 et les protéines de jonctions serrées CLDN-1, -6, -9 et OCLN. La particule virale est ensuite internalisée via une endocytose dépendante de la clathrine, puis sous l’action du pH acide des endosomes les enveloppes virale et cellulaire fusionnent permettant la libération de la capside virale dans le cytoplasme de la cellule infectée. Parmi les facteurs cellulaires impliqués dans l’entrée du HCV, deux protéines de la famille des tétraspanines ont été identifiées, CD81 et CD63. Les tétraspanines sont des protéines transmembranaires capables de former des microdomaines enrichis en tétraspanines en interagissant entre elles ainsi qu’avec des protéines dites partenaires. Nous avons testé l’implication dans l’entrée virale des tétraspanines exprimées dans les hépatocytes. Ainsi, nous avons montré que CD151 semble également important pour l’entrée du HCV. CD151 aurait un rôle indirect sur l’entrée en jouant sur l’organisation membranaire, en empêchant CD81 de former des clusters qui restreignent l’entrée du virus. Nous avons aussi étudié le rôle que pouvait jouer les polymorphismes de facteurs d’entrée sur l’entrée virale. Sur une cohorte de patients toxicomanes infectés par le HIV mais non infectés par le HCV, deux mutations ont été identifiées, R209Q dans CLDN-6 et P24A dans OCLN, qui n’étaient pas présentes dans les populations contrôles ou coinfectées par le HCV. Chez les patients toxicomanes, il est très rare que les patients infectés par le HIV ne le soient pas par le HCV, suggérant une résistance naturelle de ces patients à l’infection. Nous avons émis l’hypothèse que ces deux mutations pouvaient bloquer l’entrée du HCV. Cependant, la caractérisation de ces mutations a montré qu’elles n’avaient pas d’effet fonctionnel in vitro. Enfin, nous avons exploré l’effet de la Monensine, un ionophore polyéther, sur l’infection par le HCV. Cette molécule augmente le pH des endosomes via ses capacités de transfert d’ions à travers les membranes cellulaires. Nous avons montré qu’elle inhibe l’entrée du HCV en bloquant la fusion. De manière intéressante, la transmission cellule-cellule, un mécanisme d’entrée du virus encore mal caractérisé, était également bloquée par la Monensine, suggérant une étape de fusion dépendante du pH pour cette voie. Nous avons généré des mutants de résistance à la Monensine, notamment le clone FL-8 qui portait deux mutations dans les glycoprotéines d’enveloppe, Y297H dans E1 et I399T dans E2. Les particules virales portant ces deux mutations infectaient les cellules de manière indépendante du pH, présentaient des propriétés physicochimiques différentes et ne se transmettaient plus de cellule à cellule. En conclusion ces études soulignent l’importance de l’organisation membranaire pour l’entrée du virus via certains facteurs cellulaires tels que CD151. Par ailleurs, nous avons mis en évidence que la transmission cellule-cellule était dépendante du pH et que des mutations ponctuelles dans E1 et E2 permettent une fusion indépendante du pH. En revanche, des polymorphismes naturels de CLDN-6 et OCLN n’affectent pas leur capacité à supporter l’entrée virale. / Hepatitis C Virus (HCV) is a global health problem with over 170 million infected people worldwide. HCV targets mainly the hepatocytes and its lifecycle is divided into three steps. Viral particle entry leads to the release of viral genomic RNA into the cytoplasm where translation and replication take place. Then, new viral particles are assembled and secreted. During my thesis, we focused on the entry step. Indeed, HCV entry is a complex multistep process that requires numerous cellular factors. First, the virus interacts with attachment factors and then interacts with specific cellular factors including the tetraspanin CD81, the scavenger receptor B1 and the tight junction proteins CLDN-1, -6, -9 and OCLN. The viral particle is next internalized through a clathrin-dependent endocytosis. Finally, fusion at low pH occurs between viral and endosomal membranes leading to the release of the capsid into the cytoplasm. Among cellular factors involved in HCV entry, two members of the tetraspanin superfamily were identified, CD81 and CD63. Tetraspanins are transmembrane proteins able to organize themselves in tetraspanin-enriched microdomains through tetraspanin-tetraspanin interactions and interactions with partner proteins. We tested the involvement in HCV entry of tetraspanins expressed in hepatocytes. Interestingly, we showed that CD151 is also involved in HCV entry. CD151 seems to play an indirect role in HCV entry through regulating membrane organization, especially by preventing CD81 clustering, which is unfavourable to HCV entry. We also studied the effect of some entry factors polymorphisms on viral entry. In a cohort of drug users infected by HIV but not by HCV, we identified two mutations, R209Q in CLDN-6 and P24A in OCLN, not found in control or coinfected patients. It is very rare for drug users patients infected by HIV not to be infected by HCV, suggesting a natural resistance of these patients to HCV infection. We hypothesized that the two mutations identified might impair HCV entry. However, the characterization of these mutations showed that they did not have a functional effect in vitro. Finally, we investigated the effect of Monensin, a polyether ionophore, on viral entry. This molecule increases endosomal pH through its ions transfer properties across cell membranes. We showed that Monensin inhibits HCV entry through impairing the fusion step. Interestingly, HCV cell-to-cell transmission, another poorly characterized entry pathway, was also blocked by Monensin, suggesting that a pH-dependent fusion step is also required for this transmission route. We generated resistant mutants to Monensin, notably the FL-8 mutant carrying two mutations in envelope glycoproteins, namely Y297H in E1 and I399T in E2. Viral particles expressing these two mutations infected cells in a pH-independent manner, displayed different biophysical properties and were not cell-to-cell transmitted. To conclude, these studies highlight the importance of membrane organization for viral entry through cell factors like CD151. We also pointed out that cell-to-cell transmission is a pH-dependent process. In addition, point mutations in E1 and E2 are sufficient to enable HCV to be pH-independent for its entry. However, polymorphisms in CLDN-6 and OCLN seem to have no effect on viral entry.

L'hépatite C est un problème de santé publique majeur aggravé par l'efficacité limitée des thérapies actuelles et l'absence de vaccin. Il est donc important d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles et pour cela une meilleure connaissance du cycle infectieux du virus de l'hépatite C (VHC) est indispensable. Comme pour de nombreux autres virus à ARN de polarité positive, l'étape de réplication du VHC est associée à d'importants remaniements membranaires qui conduisent à la formation d'un réseau membranaire désigné membranous web et de structures membranaires plus petites associées au reticulum endoplasmique. Cependant, la formation des complexes de réplication du VHC, en association étroite avec ces membranes cellulaires modifiées reste énigmatique. Au niveau cellulaire, de petites GTPases sont connues pour réguler la dynamique des membranes. Nos travaux montrent que l'infection par le VHC est inhibée, de façon dose-dépendante, par la bréfeldine A (BFA), un inhibiteur spécifique de l'action de GTPases de la famille ARF. L'activation des petites GTPases ARF est médiée par des facteurs d'échange nucléotidiques. En utilisant des ARN interférants ciblant les trois facteurs d'échange nucléotidique sensibles à la BFA nous avons observé que seule la réduction de l'expression de l'un d'entre eux, appelé GBF1, inhibe l'infection par le VHC. Ces résultats ont été confirmés par l'utilisation d'un inhibiteur chimique spécifique. D'autre part, la surexpression d'un mutant de GBF1 résistant à la BFA permet de restaurer l'infection par le VHC en présence de BFA. Par ailleurs, des analyses en immunofluorescence et microscopie électronique réalisées dans un contexte non réplicatif montrent que la BFA n'inhibe pas les réarrangements membranaires associés à la mise en place du membranous web. Collectivement nos résultats suggèrent que GBF1 est impliqué dans l'activité des complexes de réplication du VHC et notre travail établit un lien entre la voie de sécrétion de la cellule hôte et la réplication de l'ARN du VHC.

Le virus de l'hépatite C (HCV) est l'agent responsable de l'hépatite C, maladie qui touche environ 3% de lapopulation mondiale. Une des caractéristiques de cette infection est son évolution dans 60 à 90% des casvers des formes chroniques avec des complications sévères telles que la cirrhose et le carcinomehépatocellulaire. Un des handicaps majeurs de la recherche sur le HCV est l'absence de systèmes decultures in vitro efficaces et de modèles animaux adaptés car le HCV n'infecte que l'homme et le chimpanzé.l'anticorps D32.10. Pour cela, nous avons développé un test de cellbindinget nous avons montré quel'interaction des particules virales sériques (HCVsp) radiomarquées à l'Iode 125 avec les celluleshépatocytaires (Huh‐7 et HepaRG) est spécifique et saturable impliquant des sites de haute et faible affinité.De plus, l'anticorps D32.10 est capable d'inhiber spécifiquement et efficacement les interactions de hauteaffinité entre les HCVsp et les cellules HepaRG avec une IC50 ≤ 0,5 μg/ml. Nous avons mis en évidence quel'inhibition est plus efficace lorsque nous utilisons sélectivement une population de particules HCVenveloppées exprimant fortement E1E2. Récemment, nous avons développé un système d'infection originaldes cellules HepaRG qui sont des cellules progénitrices du foie par les HCVsp et avons montré quel'infection, la réplication et la propagation dépendent de l'état de prolifération/différenciation de cescellules. Nous avons aussi démontré que les particules virales produites dans ce système contiennent del'ARN viral, expriment les protéines d'enveloppe E1E2 et sont infectieuses. Des études préliminairesmontrent que l'anticorps D32.10 inhibe fortement l'infection (95% à 80% aux jours 14 et 21 aprèsinfection) vraisemblablement au niveau des étapes précoces du cycle viral.Dans un second temps, nous avons recherché la prévalence des anticorps de même spécificité que le D32.10(anti‐E1E2A,B) dans différents groupes de patients HCV positifs afin de déterminer leur significationbiologique. Par un test ELISA utilisant les peptides biotinylés E1, E2A et E2B dans la phase de capture, nousavons démontré que la réponse anticorps anti‐E1E2A,B était présente dans 90% des cas chez les patientsqui guérissent spontanément avec des titres élevées (≥ 1/1000). Cette réponse humorale est absente ourare (< 10%) chez les patients porteurs chroniques non traités ou non répondeurs aux traitementsantiviraux. Une étude longitudinale a été réalisée chez des patients non répondeurs ou répondeursdéveloppant une réponse virologique soutenue à une bithérapie standard, interféron pégylé plus ribavirine.L'analyse statistique des résultats a montré que les anticorps anti‐E1E2A,B pouvaient être prédictifs de laréponse au traitement avec une spécificité et une valeur prédictive positive de 100%.La convergence des résultats in vitro et in vivo supporte un rôle neutralisant de l'anticorps monoclonalD32.10, permettant d'envisager son utilisation en immunothérapie.

L'infection chronique par le virus de l'hépatite C (VHC) conduit au développement de pathologies hépatiques, telles que la fibrose dont le terme évolutif est la cirrhose sur laquelle peut se développer un carcinome hépatocellulaire. Les observations cliniques indiquent que le VHC interfère avec la voie de signalisation du Transforming Growth Factor β (TGFβ). Entre autres fonctions, cette cytokine induit la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT), ce qui favorise la migration cellulaire et l'invasion tumorale. Le but de cette thèse est d'analyser l'impact des protéines non structurales du VHC sur la voie de signalisation du TGFβ.Nous avons montré que le réplicon subgénomique du VHC induit une augmentation de la signalisation du TGFβ résultant en une plus forte expression de gènes associés à l'EMT et induisant un phénotype d'EMT. L'expression de la protéase virale NS3-4A seule, augmente et prolonge la phosphorylation de Smad2/3 en aval du récepteur du TGFβ et renforce l'expression de certains gènes cibles du TGFβ. L'analyse des interactions entre les protéines du VHC et les protéines de la voie du TGFβ a permis d'identifier l'interaction entre NS3-4A et la protéine Smurf2. Le réplicon subgénomique ou la protéase NS3-4A ont des rôles antagonistes à la protéine Smurf2 sur la voie de signalisation du TGFβ. L'analyse globale des gènes régulés par le TGFβ dans les cellules exprimant le réplicon subgénomique a permis d'identifier, que dans ces cellules, le TGFβ induit une réponse pro-tumorale.Ces résultats montrent que NS3-4A induit une plus forte réponse des cellules au TGFβ, en inhibant la fonction de Smurf2 dans le rétrocontrôle négatif de la voie du TGFβ. Ce nouveau mécanisme d'interférence du VHC avec la voie du TGFβ pourrait contribuer à l'EMT des cellules hépatocytaires infectées favorisant ainsi la cancérisation. Ce travail apporte de nouvelles pistes dans la compréhension des mécanismes associés à la cancérisation chez les patients chroniquement infectés par le VHC.

Le virus de l'hépatite C (VHC) est une menace majeure avec plus de 130 millions de personnes infectées chaque année. Il constitue la principale cause de cancer du foie. Le VHC est un virus transmis par le sang soit au cours de consommation de drogue par voie intraveineuse soit lors de transfusions sanguines. Il s'adapte à l'environnement de l'hôte grâce à un taux de mutation élevé qui amoindrit l’efficacité des traitements. Le virus se multiplie rapidement dans l'hôte et crée ainsi une population de virus génétiquement hétérogènes, appelée quasi-espèces, qui peut ainsi répondre aux pressions sélectives liées au traitement. Les traitement antiviraux existants sont des tri-thérapies contenant des peg-interféron, de la ribavirine et des inhibiteurs de la protéine (PI). Les inhibiteurs comme la telaprevir ou la bocéprévir ciblent la région NS3 du génome en bloquant le mécanisme de réplication. Cependant, en raison de la nature dynamique des quasi-espèces, les séquences cibles sont variables et les inhibiteurs conçus pour se lier à une région génomique particulière sont rendus inefficaces.Nous analysons ces populations virales en utilisant les techniques modernes de séquençage et le pyroséquencage profond qui permet l’analyse à grande échelle des données génétiques. La technique “Amplicon Sequencing” permet de cibler des régions particulières du génome viral, comme les régions NS3 ou NS5B qui participent au mécanisme de réplication et qui sont des cibles pour les thérapies antivirales. Par rapport au séquençage Sanger, notre pipeline NGS permet d’appréhender l’hétérogénéité de la population virale au sein d’un hôte. Pour analyser les données NGS, nous avons implémenté un pipeline d’analyse bioinformatique qui a été automatisé avec eHive.Nous étudions des échantillons de VHC de 40 patients traités par trithérapie. Deux sources de cellules virales sont utilisées pour le séquençage: les cellules du plasma et les cellules mononuclées du sang périphérique. L'objectif est de vérifier si une analyse des mutations de la région génomique NS3 peut aider à prédire le résultat du traitement. Nous constatons que des mutations de résistance aux antiviraux se trouvent à la fois chez les individus qui ont répondu et qui n’ont pas répondu au traitement. Nous avons donc recherché d'autres signatures génétiques de l'échec du traitement. Nous constatons que l'hétérogénéité génétique est plus faible chez les individus qui répondent de manière favorable au traitement. Notre conclusion est que l'hétérogénéité virale est un facteur indépendant pour prédire la réponse à un traitement, en plus de la présence de mutations spécifiques dans les régions ciblées par le traitement.Les techniques NGS permettent également d’étudier l'évolution virale au sein d'un seul hôte. En utilisant de multiples temps d'échantillonnage, nous pouvons mesurer les caractéristiques de l'évolution de la population virale. Pour trois patients avec des échantillons viraux couvrant une période de 13 ans, nous avons utilisé la technique “Amplicon Sequencing“ pour les régions NS3 et NS5B. Des infections mixtes comprenant de multiples génotypes sont retrouvées chez deux patients. Nous avons montré qu’il existe de la structure de populations et des lignées divergentes de VHC au sein de chaque patient. Au cours du traitement, l'hétérogénéité génétique et la taille efficace de la population dans la région NS5B augmente fortement après le début du traitement. Ces résultats mettent en évidence un processus de sélection diversifiante suite au traitement qui augmente l'hétérogénéité génétique virale. Nous mettons ainsi en évidence un processus dit de balayage sélectif doux qui est observé pour la première fois chez des patients infectées par des génotypes multiples du virus VHC.Notre analyse NGS montre que l'hétérogénéité génétique du VHC est liée à l'échec ou à la réussite du traitement et que son évolution permet de mieux comprendre la façon dont les virus s'adaptent au traitement. / Hepatitis C virus (HCV) is a major threat to global health, with over 130 million annual infections. HCV is a blood borne virus transmitted primarily via intravenous drug use or hospital transfusions. It infects the liver cells and is the leading cause of liver cancer. It adapts to the host environment with a high mutation rate and can make efficient treatment very difficult. Due to poor replication proofreading, the virus multiplies rapidly in the host and creates a population of viruses which is genetically heterogeneous enough to escape selective pressures. This HCV population called quasispecies is found within and between infected hosts. Current antiviral treatment consists of a triple therapy of peg-Interferon, ribavirin and protein inhibitors (PI). PIs such as telaprevir, boceprevir target the NS3 region of the genome, blocking the replication mechanism. However due to the highly dynamic nature of the quasispecies, the target sequences are variable and PIs designed to bind to a particular genomic region are therefore rendered ineffective.We analyse viral populations of HCV using Next generation Sequencing (NGS) technologies and ultradeep pyrosequencing, which allow for rapid and large scale analysis of genetic data. Amplicon sequencing allows for targeting particular regions of the viral genome, such as the NS3 or NS5B which form a part of the replication mechanism and hence are targets for antiviral therapy. Compared to Sanger sequencing, our NGS pipeline ascertains viral population heterogeneity within a host. We implemented the bioinformatics workflow manually and in eHive as an automated pipeline.We study HCV samples from 40 patients treated with triple therapy. Two sources of the virus, plasma and peripheral blood mononuclear cells are used for sequencing. The main aim is to check if a baseline analysis of the NS3 genomic region can help to predict the outcome of the treatment. We find that antiviral resistance mutations are found in both responders and non-responders to the treatment. Since no correlation exists between observed mutations and failure of tri-therapy, we look for other genetic signatures of treatment failure. We find that genetic heterogeneity, calculated using Shannon’s entropy, is lower in responders. We conclude that the viral heterogeneity can be used as an independent factor to predict response to treatment, more than presence of specific mutations at baseline.NGS also enables large-scale studies of viral evolution within a single host. Using multiple sampling time points, we gain insights about viral evolutionary characteristics of HCV and responses to selective pressures during infection. For three patients with viral samples covering a period of 13 years, we perform amplicon sequencing on the NS3 and NS5B regions. Mixed infections comprising of multiple genotypes are found in two patients. We find considerable population structure and diverging HCV lineages within each patient. Over the course of treatment, genetic heterogeneity and effective population size in the NS5B regions increases sharply after treatment initiation compared to baseline. These results provide evidence of diversifying selection occurring post-treatment, acting on standing genetic variation resulting in high genetic heterogeneity. These are characteristics of a soft selective sweep, which is observed for the first time in chronic HCV patients infected with multiple genotypes.Our NGS analysis show that genetic heterogeneity in HCV is related to treatment failure and that its evolution provides insights about how viruses adapt to treatment.

La polymérase NS5B du virus de l’hépatite C (VHC) porte une activité ARN polymérase ARN-dépendante essentielle pour la réplication de l'ARN génomique viral. Cette réplication implique la synthèse d'un intermédiaire de réplication de polarité négative. In vitro et probablement in vivo, la NS5B initie la synthèse d'ARN par un mécanisme de novo qui nécessite des interactions spécifiques entre la polymérase virale et des éléments des ARN viraux. Dans une première partie nous avons étudié le rôle du GTP et d’un domaine C-terminal nommé linker de la polymérase. Nos résultats démontrent que des concentrations élevées de GTP sont nécessaires pour la transition de l'initiation à l'élongation de la synthèse de l'ARN. Des mutations dans le linker à la position 556 ne modifient pas la concentration de GTP nécessaire pour la transition. Toutefois, l'initiation de la synthèse d'ARN est augmentée par la mutation S556K. Une analyse structurale menée en parallèle suggère une implication directe du linker dans l'initiation de novo de la synthèse de l'ARN. Dans les deuxièmes et troisièmes parties, nous avons étudié le rôle de motifs ARN dans la traduction et la synthèse de l’'ARN du VHC. Nous avons démontré que la tige boucle SL-E1 formée par la région entre les nt 177 et 222 de l'extrémité 3' de l’ARN (-) est importante pour la synthèse d'ARN in vitro par la NS5B recombinante et dans les cellules Huh7 exprimant le complexe de réplication (RC) du VHC. SL-E1 est impliquée dans l’initiation de la synthèse d’ARN, au moins in vitro. Nous avons également étudié le rôle des tiges boucles SLV et SLVI du gène core. Nos données n'ont pas montré de rôle évident de ces séquences ou de leur complément dans la synthèse de l'ARN in vitro par la NS5B recombinante et en culture cellulaire par le RC du VHC. Nous avons confirmé leur effet négatif sur la traduction IRES dépendante par interaction ARN-ARN longue distance entre SL-VI et le 5'UTR et démontré que le miR122 ne peut pas empêcher cet interaction. Par contre, la présence de SL-VI prévient l’inhibition de la traduction induite par l’interaction entre le domaine III de l’IRES et la tige boucle 5BSL3.2 en 3’ du génome. Ces résultats démontrent la complexité des interactions ARN/ARN et ARN/protéines dans la régulation de la réplication virale. / The hepatitis C virus (HCV) NS5B protein displays a RNA-dependent RNA polymerase activity essential for replication of the viral RNA genome. This replication involves the synthesis of a replication intermediate of negative polarity. In vitro and likely in vivo, the NS5B initiates RNA synthesis by a de novo mechanism which requires specific interactions between the polymerase and viral RNA elements. In the first part of results, we described a combined structural and functional analysis of HCV-NS5B to study the role of a C-terminal segment (termed linker) and of GTP in RNA synthesis. Our results demonstrated that high GTP concentrations are necessary for the transition from the initiation to the elongation of RNA synthesis, and that linker mutations at position S556 did not modify the GTP requirement of NS5B for this transition. However, the initiation of RNA synthesis was greatly enhanced by a S556K mutation. These results together with a structural analysis point to the direct involvement of the linker in the de novo initiation of RNA synthesis. In the second and third parts of results, we studied the role of RNA elements in RNA synthesis. We demonstrated that the SL-E1 stem–loop formed by nucleotides 177–222 from the 3’-end of the HCV (-) RNA is important for RNA synthesis both in vitro by the recombinant NS5B and in Huh7 cells by HCV replication complex (RC). We also showed that SL-E1 is involved in initiation of RNA synthesis, at least in vitro. Then we studied the role of other viral RNA elements in core coding sequences (SLV and SLVI stem loops) and the involvement of the microRNA miR122 in RNA translation and RNA synthesis. For SLV and SLVI, our data did not show any clear role of these core-coding sequences or of their complement in the (-) RNA in RNA synthesis both in vitro by the recombinant NS5B and in cell culture by HCV-RC. We confirmed their negative effect on HCV-IRES translation through long range RNA-RNA interaction between SL-VI sequences and the 5’UTR and demonstrated that miR122 cannot disrupted this interaction and switches the region to an open conformation. Conversely, our data indicated that the SL-VI domain can counteract the negative effect of the interaction between the domain III of IRES and the 5BSL3.2 stem loop localized at the 3’end of the genome. These results point to the complexity of RNA/RNA and RNA/proteins interactions in the HCV replication cycle.

L’entrée du virus de l’hépatite C (VHC) dans les hépatocytes est un événement multi-étapes complexe, impliquant un certain nombre de facteurs cellulaires. Elle est initiée par la fixation des particules virales sur des structures d’héparanes sulfates (HS) présentes à la surface de l’hépatocyte. Cette étape initiale reste cependant peu comprise. En effet, en raison de l’interaction de la particule virale du VHC avec des lipoprotéines, la contribution exacte des différents composants du virion à cette interaction reste controversée. Au cours de cette thèse, nous avons étudié le rôle potentiel de protéines d'enveloppe du VHC et de l'apolipoprotéine E dans l'étape de liaison aux HS. Nous avons d’abord montré que la délétion de la région hypervariable 1 (HVR1), une région précédemment proposée pour participer à l’interaction avec les HS, n'avait aucun effet sur la liaison du virion aux HS, indiquant que cette région n'est pas impliquée dans cette interaction. Nous avons également utilisé des anticorps monoclonaux neutralisants reconnaissant différentes régions des glycoprotéines d'enveloppe du VHC dans un test de compétition utilisant des billes d’agarose couplées à l’héparine, un homologue structural des HS, pour précipiter le virus. Bien que les glycoprotéines d’enveloppe du VHC dissociées de la particule virale interagissaient avec l'héparine, aucun de ces anticorps n’était capable d'interférer avec l'interaction entre la particule virale et l’héparine, suggérant fortement que les glycoprotéines d'enveloppe du VHC présente à la surface des virions ne sont pas accessibles pour interagir avec les HS. En revanche, nos résultats d’études cinétiques, d’interaction avec l’héparine ainsi que les expériences d'inhibition avec des anticorps anti-apolipoprotéine E indiquent que cette apolipoprotéine joue un rôle majeur dans l'interaction initiale entre le VHC et les HS. Enfin, la caractérisation des déterminants structuraux des HS nécessaires à l'infection par le VHC, à l’aide d’ARN interférents ciblant des enzymes impliquées dans la voie de biosynthèse des HS et par compétition avec des héparines modifiées, indique que la N-sulfatation et la 6-O-sulfatation sont nécessaires pour l’initiation de l'infection par le VHC. Par contre la 2-O-sulfatation n’est pas indispensable pour l’étape d’entrée cellulaire du VHC. Enfin, nous avons également montré que la taille minimale des oligosaccharides d’HS requise pour l'infection par le VHC est un decasaccharide. En conclusion, l’ensemble de ces données indique que le VHC détourne l'apolipoprotéine E pour initier son interaction avec des structures d’HS spécifiques. / Hepatitis C virus (HCV) entry into hepatocytes is a complex multistep process involving a series of cellular factors. HCV entry is initiated by the binding of viral particles to cell surface heparan sulfate (HS) structures. However, due to the lipoprotein-like structure of HCV, the exact contribution of virion components to this interaction remains controversial. Here, we investigated the relative contribution of HCV envelope proteins and apolipoprotein E in the HS-binding step. Deletion of hypervariable region 1, a region previously proposed to be involved in HS-binding, did not alter HCV virion binding to HS, indicating that this region is not involved in this interaction. Neutralizing monoclonal antibodies recognizing different regions of HCV envelope glycoproteins were also used in a pull-down assay with beads coated with heparin, a close HS structural homologue. Although isolated HCV envelope glycoproteins could interact with heparin, none of these antibodies was able to interfere with virion-heparin interaction, strongly suggesting that, at the virion surface HCV envelope glycoproteins are not accessible for HS binding. In contrast, results from kinetic studies, heparin pull-down and inhibition experiments with anti-apolipoprotein E antibodies indicate that this apolipoprotein plays a major role in HCV-HS interaction. Finally, characterization of HS structural determinants required for HCV infection by silencing enzymes involved in the HS biosynthesis pathway and by competition with modified heparin indicated that N- and 6-O-sulfation but not 2-O-sulfation are required for HCV infection, and that the minimum HS oligosaccharide length required for HCV infection is a decasaccharide. Together, these data indicate that HCV hijacks apolipoprotein E to initiate its interaction with specific HS structures.

L’entrée cellulaire du virus de l’Hépatite C (VHC) est un processus complexe qui met en jeu plusieurs facteurs cellulaires. L’un d’eux est un récepteur des lipoprotéines, le « Scavenger Récepteur B1 » (SR-BI). SR-BI a initialement été proposé comme récepteur viral de par son interaction avec la glycoprotéine (GP) E2 du VHC. L’importance de SR-BI pour l’entrée cellulaire du VHC n’était, jusqu’alors suggérée que par des preuves indirectes. En outre, les mécanismes par lesquels SR-BI permet l’entrée du VHC restent peu connus. Néanmoins, grâce à l’identification de cellules hépatiques présentant un très faible niveau d’expression - non détectable - de ce récepteur et devenant susceptibles à l’infection par le VHC par l’expression ectopique de SR-BI, nous avons clairement démontré que SR-BI est indispensable pour l’entrée du VHC. Afin d’étudier le rôle de SR-BI dans l’entrée cellulaire du VHC, qui présente une singulière hétérogénéité en terme de propriétés biochimiques et de composition en protéines cellulaires intégrées à la surface des particules virales, celles-ci ont été séparées par centrifugation analytique en gradient de densité. Nous avons ainsi défini trois fonctions de SR-BI permettant l’entrée de sous-populations du VHC. D’un part, une fonction d’attachement, correspondant à la capture des particules de densités intermédiaires à la surface cellulaire. Cet attachement résulte de l’interaction entre SR-BI et des composants des lipoprotéines présents à la surface des particules virales, sans mettre en jeu d’interaction avec les GP virales. D’autre part, nous avons défini une fonction d’accès, requise pour toutes les sous-populations du VHC. Cette fonction, elle aussi indépendante de l’interaction directe entre la GP E2 et SR-BI, requiert la fonction physiologique de transfert de lipides de SR-BI. En effet, le blocage de cette fonction de transfert à l’aide de molécules inhibitrices ou par insertion de mutations invalidantes de SR-BI réduit significativement l’entrée du VHC. Enfin, nous avons mis en évidence une troisième fonction, appelée fonction de stimulation, nécessitant l’interaction de la GP E2 et SR-BI, ainsi que la fonction de transfert lipidique deSR-BI et qui, par ailleurs, est régulée par des composants des lipoprotéines. Par l’analyse fonctionnelle de mutants, nous avons défini des déterminants viraux, dans la région HVR1 à l’extrémité N-terminale de la GP E2, et cellulaires, dans la partie N-terminale de SR-BI, critiques pour l’interaction entre E2 et SR-BI et, par conséquent, régulent la fonction destimulation. En conclusion, nous avons démontré que le VHC exploite SR-BI de diverses façons et via des interactions à la fois avec des composants viraux et cellulaires incorporés dans les particules du VHC et ainsi permet l’entrée de particules virales très hétérogènes. / Hepatitis C virus (HCV), which is characterised by its highly heterogeneous biophysical properties, is thought to enter the cell in a slow and multistep manner involving several cell surface molecules. One of these cellular molecules is the Scavenger Receptor B1 (SR-BI), which was identified as an HCV receptor due to its interaction with the HCV glycoprotein E2.Until now, the exact usage of SR-BI by HCV and SR-BI mediated mechanism during cell entry remained unknown. In order to understand SR-BI functions during HCV cell entry, we wanted to study (1) the relevance of HCV E2 binding to SR-BI, (2) the implication of the physiological function of SR-BI itself and (3) how SR-BI mediates cell entry of heterogeneous HCV particles. Owing to the identification of two cell lines that express very low levels of endogenous SRBI, receptor complementation assays revealed, that the ectopic expression of SR-BI is indispensible for HCV entry. Accordingly, we showed for the first time, that SR-BI is an essential HCV entry factor. In order to study HCVcc populations that differ in biophysical properties and host protein composition, we separated them by density gradient analysis and assigned three different SR-BI functions to entry of particular HCV sub-populations. First, an attachment function, that leads to the initial capture of HCV particles of intermediate densities to the cell surface. This attachment function is mediated by an interaction between SR-BI and lipoprotein components on the viral particles but not by the viral glycoproteins. Second, we defined an access function, which is important for all different HCV sub-populations. This access function is also not dependent on the interaction between HCV E2 and SR-BI but involves the physiological function of the receptor. Blocking the lipid transfer function of SRBI upon either mutation or by a specific inhibitor abrogated strongly HCV entry. Finally we defined a third function of SR-BI, that we call enhancement function. This function is triggered upon E2-SR-BI interaction, is dependent on lipoprotein components and involves the lipid transfer function of SR-BI. Upon functional mutagenesis studies, we identified as critical determinants HVR1 (Hypervariable Region 1) residues in E2 and the N-terminus of SR-BI, allowing E2-SR-BI interaction and consequently the implementation of the enhancement function. In conclusion we demonstrate that SR-BI is an unparalled virus entry factor. Its usage by HCV to enter the cell is manifold and intriguingly, owing to the heterogeneous nature of HCV particles, involves different viral components exploiting different aspects of SR-BI.

Les résultats fondamentaux et biocliniques que nous présentons au travers de cette thèse illustrent la difficulté d’évaluer la part liée au virus et celle liée à des facteurs de l’hôte dans l’induction d’une stéatose hépatique chez les patients chroniquement infectés par le HCV. Les données in vitro suggèrent que le virus joue un rôle direct dans l’induction d’une stéatose, notamment par les propriétés de sa protéine de capside, et que la variabilité du virus peut avoir un impact sur l’intensité de cette stéatose. Notre étude bioclinique suggère que la variabilité du virus semble avoir un rôle beaucoup plus modéré in vivo. Ainsi, chez les patients chroniquement infectés par le HCV, les facteurs de l’hôte joueraient un rôle majeur pour moduler le degré de la stéatose associée au virus et de prochaines études seront nécessaires pour établir la nature de ces facteurs. / The results presented in this thesis illustrate the difficulty of assessing the part related to the virus and that related to host factors in the induction of hepatic steatosis in patients chronically infected with HCV. In vitro data suggest that the virus plays a direct role in the induction of steatosis, due to the properties of its capsid protein, and that the variability of the virus can affect the intensity of the steatosis. Our bio-clinical study suggests that this variability seems to have a much more moderate impact in vivo. Thus, in patients chronically infected with HCV, host factors seem to play a major role to modulate the degree of steatosis associated with the virus. Further studies are needed to establish the nature of these factors.