En l'absence d'un traitement curatif, les personnes vivant avec le VIH (PVVIH) sous traitements antirétroviraux (TAR) demeurent exposées à une morbidité et une mortalité élevée comparativement aux personnes non infectées. Cela s'explique par l'activation immunitaire et l'inflammation chronique qui persistent des années après, et ce, malgré une charge virale indétectable sous TAR. Découvrir et valider de nouveaux biomarqueurs de l'état d'activation immunitaire et inflammatoire non invasifs et faciles à mesurer demeure d'actualité pour améliorer le suivi et la qualité de vie des PVVIH sous TAR. Des études précédentes ont mis en évidence le rôle des vésicules extracellulaires (VE) et des microARN dans les mécanismes physiopathologiques de l'infection par le VIH. D'autres ont montré que ces VE, se retrouvant dans les divers fluides biologiques, dont le plasma, servaient de biomarqueurs pour diverses pathologies. Dans l'optique de contribuer à l'amélioration de la prise en charge des PVVIH à travers la découverte de nouveaux biomarqueurs, nous avons émis l'hypothèse que les contenus en microARN et en ADN mitochondrial (ADNmt) d'une sous-population de VE plasmatiques pouvaient être des biomarqueurs, entre autres de l'activation immunitaire. Pour vérifier cette hypothèse, plusieurs objectifs ont été élaborés: (i) purifier et caractériser deux sous-populations de VE plasmatiques, (ii) caractériser le contenu en microARN et ADNmt des VE purifiées, (iii) déterminer l'impact du rythme circadien sur la production et le contenu en microARN des VE, (iv) évaluer les performances diagnostiques des microARN vésiculaires dans l'activation immunitaire et le risque de rebond viral, (v) évaluer l'effet du TAR et de la réplication virale sur le contenu en ADNmt des VE et (vi) valider les observations faites dans différentes cohortes et sous-populations de participants. Dans cette thèse, les données cliniques et démographiques correspondant aux échantillons sanguins de différentes cohortes de participants recrutés à Québec, à Montréal et dans les deux principales villes du Burkina Faso (Bobo-Dioulasso et Ouagadougou) ont été collectées. À partir du sang veineux de ces participants, deux sous-populations de VE plasmatiques ont été purifiées et quantifiées. De plus, les microARN matures miR-29a et b, miR-92, miR-146a, miR-155, miR-223 ainsi que de l'ADNmt contenus dans ces VE ont été quantifiés en nombre absolu de copies et en nombre de copies par VE. L'ensemble des mesures des VE ont ensuite été corrélées avec les données cliniques et démographiques. Les résultats ont montré que les VE petites étaient plus abondantes dans le plasma et que les microARN étudiés et l'ADNmt étaient différentiellement enrichis entre les deux sous-populations de VE. Par exemple, le miR-155 et l'ADNmt étaient enrichis dans les VE larges. Une variation circadienne de la quantité des microARN étudiés dans les VE de personnes non infectées par le VIH contrairement à celles des PVVIH sous TAR a été décrite pour la première fois. La quantité des microARN exprimée en nombre de copies par µg d'ARN ou en nombre de copies par VE, permettait de distinguer les PVVIH des personnes non infectées. La quantité de miR-155 dans les VE petites et larges permettait respectivement de discriminer significativement les patients avec une faible virémie (20-1000 copies/mL) et les patients présentant une activation immunitaire caractérisée par un compte de lymphocytes T CD8 ≥ 500 cellules/mL et un ratio CD4/CD8 ≤ 1 dans les sous-groupes de participants. Enfin, les résultats ont montré que la quantité d'ADNmt était plus abondante dans les VE larges en fonction de la virémie et de la prise de ténofovir. Collectivement, les résultats suggèrent la nécessité de prendre en compte les sous-populations de VE et le moment du prélèvement dans l'étude des VE chez les PVVIH. De plus, les résultats mettent en exergue le rôle prépondérant de biomarqueur plasmatique que pourrait jouer le miR-155 vésiculaire dans la prédiction du rebond viral et le suivi de l'activation immunitaire. Étant donné que le miR-155 vésiculaire fournit une empreinte digitale de l'activation cellulaire, il serait pertinent de poursuivre les investigations afin de déterminer le rôle fonctionnel des VE portant le miR-155, ainsi que d'évaluer l'effet des traitements comme le ténofovir sur la production de VE portant de l'ADNmt. Toutes ces nouvelles pistes de recherche contribueraient à améliorer la prise en charge des PVVIH et à bonifier les thérapies visant à diminuer l'activation immunitaire et l'inflammation. / Without curative treatment, people living with HIV (PLWH) on antiretroviral therapy (ART) remain at significant risk of morbidity and mortality relative to those uninfected. This is due to immune activation and chronic inflammation that persists for years, despite an undetectable viral load on ART. Discovering and validating new biomarkers of immune activation and inflammatory status that are non-invasive and easy to measure remains a fundamental issue in improving the monitoring and life quality of ART-treated PLWH. Previous studies have highlighted the role of extracellular vesicles (EVs) and microRNAs in the pathophysiological mechanisms of HIV infection. Others have shown that these EVs, found in various biological fluids including plasma, serve as biomarkers for various pathologies. To improve the management of PLWH through the discovery of new biomarkers, we hypothesized that the microRNA and mitochondrial DNA (mtDNA) content of plasma EV subpopulation could be biomarkers of among other things, immune activation. To test this hypothesis, several objectives were developed: (i) to purify and characterize two plasma EV subpopulations, (ii) to characterize the microRNA and mtDNA content of the purified EVs, (iii) to determine the impact of the circadian rhythm on the production and microRNA content of EVs, (iv) to evaluate the diagnostic performance of vesicular microRNAs in immune activation and risk of a viral rebound, (v) to evaluate the effect of ART and viral replication on EV mtDNA content, and (vi) to validate the observations made in different cohorts and subpopulations of participants. In this thesis, clinical and demographic data corresponding to blood samples from different cohorts of participants recruited in Quebec City, Montreal, and the two main cities of Burkina Faso (Bobo Dioulasso and Ouagadougou) were collected. From the venous blood of these participants, we purified and quantified two subpopulations of plasma EVs. Moreover, the EVs content in mature microRNAs miR-29a and b, miR-92, miR-146a, miR-155, miR-223, and mtDNA were quantified and expressed in absolute copy and copy per EV. All EV measurements were then correlated with clinical and demographic data. Our results showed that small EVs were more abundant in plasma and that the studied microRNAs and mtDNA were differentially enriched between the two EV subpopulations. For example, miR-155 and mtDNA were enriched in large EVs. We observed for the first time a circadian variation of the quantity of EVs microRNA content from HIV-uninfected participants, in contrast to those of ART-treated PLWH. The amount of microRNAs expressed as copy number per μg of RNA or copy per EV, allowed to distinguish PLWH from uninfected individuals. The quantity of miR-155 in small and large EVs significantly discriminated respectively patients with low viremia (20-1000 copies/mL) and patients with immune activation characterized by a CD8 T-cell count ≥ 500 cells/mL and a CD4/CD8 ratio < 1 in the participant subgroups. Finally, the results showed that the amount of mtDNA was richer in large EVs and its expression increased with viremia and tenofovir intake. Collectively, the results suggest the need to consider EV subpopulations and the timing of collection when studying EVs in PLWH. Furthermore, the results highlight the prominent role as a plasma biomarker that vesicular miR-155 could play in viral rebound prediction and immune activation monitoring. Since vesicular miR-155 provides a fingerprint of cellular activation, further investigations to determine the functional role of miR-155-bearing EV and to assess the effect of treatments such as tenofovir on the production of mtDNA-bearing EVs would be relevant. All of these new avenues of research would contribute to improving the management of PLWH and improving therapies to reduce immune activation and inflammation.

Les infections pédiatriques par le VIH-1 demeurent un problème de santé majeur dans les pays en voie de développement. En 2007, 2 millions d'enfants âgés de 0 à 14 ans étaient porteurs du VIH-l. Or, plus de 99% des cas pédiatriques de VIH-1 résultent de la transmission du virus de la mère à l'enfant. L'allaitement est responsable de plus de 40% des cas pédiatriques du VIH-1. La transmission survient principalementment au niveau des intestins et implique, entre autres, l'infection des cellules épithéliales intestinales. Les facteurs influençant l'infection de ces cellules par le VIH-1 demeurent cependant peu connus. Afin de mieux les comprendre, nous avons analysé l'effet de différentes cytokines et d'un produit bactérien, la toxine du choléra, sur la susceptibilité des cellules épithéliales intestinales à l'infection par le VIH-1. Nous avons découvert que plusieurs cytokines pouvaient influencer l'infection des cellules épithéliales intestinales par le VIH-1. Les cytokines de type pro-inflammatoire telles que l' IL-1 (u et ~) et le TNF -u sont capables d'induire la transcription virale, tandis que les cytokines IL-4 et IL-13 inhibent l'infection par le VIH-l. Cette inhibition survient à une étape subséquente à la fusion virale et entraîne une diminution de la synthèse de l'ADN pro viral complet. Nous avons également découvert que la toxine produite par la bactérie Vibrio cholerae, la toxine du choléra, est également capable d'inhiber l'infection par le VIH-1 et que cette inhibition n'impliquait pas l'activation de la protéine kinase A (PKA). Ces résultats pennettent de mieux comprendre comment l'environnement des cellules épithéliales intestinales peut influencer leur susceptibilité à l'infection par le VIH-1. Une meilleure compréhension de l'influence de l'environnement intestinal sur la susceptibilité des cellules épithéliales intestinales à l'infection par le VIH-1 est essentielle à l'élaboration de nouvelles stratégies afin de réduire la transmission du VIH -1 par l'allaitement.

Le nombre de co-infections VIH-1/Leishmania ne cesse d’augmenter dans les zones d’endémicité. La leishmaniose viscérale est souvent causée par Leishmania infantum et se caractérise par le parasitisme incontrôlé des viscères. Dans la présente étude, nous avons exposé des cellules B provenant d’amygdales humaines aux amastigotes de Leishmania infantum et avons observé une augmentation de l’expression de plusieurs marqueurs d’activation ainsi qu’une augmentation dose-dépendante de la sécrétion de l’IL-10. Les milieux conditionnés extraits de cultures de cellules B exposées à Leishmania ont un effet inhibiteur sur l’activation des lymphocytes T CD4+ et sur la réplication du VIH-1 dans ces cellules. Ainsi, l’exposition des cellules B à Leishmania favorise leur activation et induit la sécrétion de facteurs solubles ayant des propriétés régulatrices qui modulent la réplication du VIH-1 dans les lymphocytes T CD4+. / The number of HIV-1/Leishmania co-infections is increasing in areas of endemicity. Visceral leishmaniasis is often caused by Leishmania infantum and is characterized by an uncontrolled parasitization of viscera. In this study, we exposed B cells from human tonsils to amastigotes of Leishmania infantum and observed an upregulation in the expression of several activation markers as well as a dose-dependent increase in the secretion of IL-10. Conditioned media from cultures of B cells exposed to Leishmania had an inhibitory effect on the activation of CD4+ T lymphocytes and on HIV-1 replication in these cells. Thus, the exposure of B cells to Leishmania promote their activation and induces the secretion of soluble factors with regulating properties that modulate replication of HIV-1 in CD4+ T cell.

Résumé La malaria et le VIH-l sont comptés parmi les maladies les plus meurtrières de ce siècle. Ensemble, elles causent plus de quatre millions de mort annuellement au niveau des mêmes régions géographiques, notamment en Afrique sub-saharienne. Les conséquences de cette co-infection sont des problèmes majeurs de la santé publique à l'échelle mondiale. L'agent responsable de la forme la plus sévère de la malaria est le parasite Plasmodium falciparum. Afin d'infecter correctement son hôte humain, le parasite doit dégrader l'hémoglobine en vu d'assurer son développement. Cette dégradation provoque la synthèse de molécules d'hème qui, étant toxique pour le parasite, seront cristallisées sous la forme de pigments malariques appelés hémozoïne (HZ). Ces pigments sont régulièrement associés directement ou indirectement à la physiopathologie de la malaria. Notre étude repose sur l'investigation de l'influence des pigments malariques sur l'infection rétrovirale du VIH-l dans les cellules les plus ciblées par ces deux infections: les cellules phagocytaires humaines dérivées de monocytes (MDC), à savoir les macrophages, les cellules dendritiques et les lymphocytes T CD4 +. Lorsque les pigments d' HZ sont présents dans les MDC, on observe une inhibition de l'infection virale mais une augmentation de la dissémination du VIH -1 dans les lymphocytes. En effet, dans les macrophages dérivés de monocytes cette phagocytose d' HZ est responsable de l'arrêt du cycle viral à une étape comprise entre la transcription inverse et l'intégration du VIH -1. Le mécanisme responsable de cette inhibition n'est pas tout à fait identifié, cependant l'explosion oxydative induite par la phagocytose d'HZ semble être responsable d'une inhibition de la production intracellulaire d'ATP, vitale pour le transport du VIH-l dans le noyau. En ce qui concerne les cellules dendritiques, les changements phénotypiques induits par l'HZ démontrent une diminution de l'expression du récepteur CCR5, essentiel pour l'entrée du VIH-l dans la cellule hôte. La présence d'HZ dans les MDC rend les cellules plus aptes à activer les lymphocytes, favorisant ainsi la réplication virale. Effectivement, l'HZ accroit la prolifération des lymphocytes T CD4+ résultant en une augmentation de l'infection et du transfert du VIH-l. Les co-infections étant de plus en plus contraignantes, il est primordial d'augmenter le nombre d'études fondamentales afin de mieux comprendre les interactions régissant l'aboutissement fatal de ces deux maladies. Ceci est impératif pour le développement de nouvelles thérapies combinatoires pour les patients co-infectés.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2005-2006 / Le HAART a véritablement révolutionné le traitement anti-VIH en diminuant la morbidité et la mortalité dues au SIDA. Toutefois, les succès demeurent partiels, car avec le temps l’apparition de souches résistantes diminue l’efficacité du traitement. L’un des défis du deuxième millénaire consiste à développer de nouvelles classes d’inhibiteurs efficaces à long terme, spécifiques et non toxiques. La compréhension des événements moléculaires et cellulaires intervenant lors de l’adsorption et de l’entrée du virus dans les cellules cibles représente actuellement une des voies abondamment étudiées. Mon projet de doctorat a ciblé deux facteurs cellulaires participant au processus infectieux du VIH-1. L’objectif premier consistait à déterminer l’influence de la molécule d’adhésion ICAM 1, ancrée dans l’enveloppe du VIH-1, et de son récepteur principal, l’intégrine LFA 1, lors des événements précoces du cycle viral. Les résultats obtenus confirment l’intervention active de l’ICAM-1 et du LFA-1 lors de l’attachement et de l’entrée du VIH 1 dans les lymphocytes T CD4+, un processus lié directement à l’état d’activation de l’intégrine sur les lymphocytes T. La liaison du virus aux intégrines induit des événements de signalisation qui sont favorables à la génération du pore de fusion. Ce phénomène augmente par conséquent l’accès du virus dans le cytoplasme des lymphocytes T CD4+ par la fusion des membranes virale et cellulaire. L’interaction entre les deux molécules d’adhérences permet aux virus de s’orienter vers des cellules hautement permissives à l’infection virale, lesquelles expriment des quantités élevées de LFA-1 dans un état d’affinité intermédiaire. Ces données indiquent que le LFA-1 est un cofacteur cellulaire non négligeable dans la pathogenèse virale, particulièrement lors des événements initiaux de l’infection. / Since the first isolation of HIV in 1983, huge progress has been made in understanding the biology of the virus and the pathogenesis related to viral infection. HAART has truly revolutionized anti-HIV treatment and reduces AIDS-associated mortality and morbidity. However, the emergence of drug-resistant viruses has decreased the efficiency of HAART. Hence, development of more potent and less toxic drugs than those currently in use represents the next challenges. Recent insights into molecular events involved in viral attachment and entry processes have permitted creation of fusion inhibitors, a new class of anti-HIV drugs. Unfortunately, a number of recent studies revealed that HIV can develop resistance against these new inhibitors. Thus, the understanding of cellular factors collaborating in the early steps of HIV life cycle should be helpful in development of anti HIV drugs that might be less sensitive to viral mutations. The principal goal of this project was to investigate whether HIV-1-anchored host ICAM-1 participates in the initial steps of HIV 1 life cycle by its interaction with the integrin LFA-1 on target cells. Results confirm the determinant role of this cellular interaction during attachment and entry of viral particles into CD4+ T lymphocytes, a phenomenon linked to the activation status of LFA 1. Altogether, these data provide additional clues of the active role played by HIV-1-anchored ICAM-1 and host LFA-1 in the viral life cycle. Such information could be useful in the development of complementary drugs working in combination with fusion inhibitors.

L’infection par le VIH-1 (Virus de l’Immunodéficience Humaine de type I) est caractérisée par une réplication virale persistante, une activation chronique du système immunitaire, une déplétion des cellules T CD4+ et de plusieurs dysfonctionnements immunitaires qui sont observés même chez les cellules qui ne sont pas ciblées par le virus telles que les cellules B. Plusieurs cytokines et facteurs de croissance, qui sont augmentées dans le sérum des individus infectés par le VIH-1, ont été suggérés de déclencher directement et/ou indirectement l'activation des cellules B, et l'un d'eux est BAFF (B cell activating factor). BAFF est un composant essentiel de l'homéostasie des lymphocytes B mais sa surproduction résulte en une hyperplasie des cellules B, lymphoprolifération, une hypergammaglobulinémie et des symptômes d’autoimmunité. Les différentes études présentées dans cette thèse convergent vers l'objectif général de mieux caractériser les mécanismes qui mènent à la surproduction de BAFF par les monocytes primaires humains et les macrophages dérivés des monocytes dans le contexte de l’infection par le VIH-1. Nous démontrons que le VIH-1 cause la sécrétion de BAFF dans les monocytes par un processus dépendant de l’interféron (IFN) de type-I. De plus, nous avons identifié les cellules dendritiques plasmacytoïdes (CDP) comme la source de l’IFN de type-I dans nos cultures de monocytes, ce qui démontre que l’interaction entre ces cellules est nécessaire pour la production de BAFF générée par le VIH-1. En plus, nous avons aussi démontré que le VIH-1 régule la production de BAFF dans les macrophages et ce processus nécessite une infection productive par le virus et est influencé par le statut du phénotype cellulaire mais est indépendant de la transduction de signal par les récepteurs de type Toll, l’IFN de type-I ainsi que l'action de la protéine virale Nef. En résumé, cette thèse offre de nouvelles connaissances dans les mécanismes d'augmentation de BAFF dans le contexte de l’infection par le VIH-1. Celles-ci pourraient être pertinentes dans le développement de thérapies qui pourraient aider à restaurer la fonctionnalité normale du compartiment des cellules B chez les sujets infectés par le VIH-1. / HIV-1 (Human Immunodeficiency Virus I) infection is characterized by persistent viral replication, chronic immune activation, CD4+ T cell depletion and several immune dysfunctions that are observed even in cells that are not targeted by the virus such as B lymphocytes. Some B-cell abnormalities observed in HIV-1-infected individuals include hypergammaglobulinemia, nonspecific B-cell activation, class switching, increased cell turnover, breakage of tolerance as well as a loss of the capacity to generate and maintain memory, among others. Several cytokines and growth factors that are increased in the serum of HIV-1-infected individuals have been suggested to directly and/or indirectly trigger B-cell activation, and one of these is the B-cell-activating factor (BAFF). BAFF is an essential component of B-cell homeostasis but excess production results in B-cell hyperplasia, lymphoproliferation, hypergammaglobulinemia, and symptoms of autoimmunity. The mechanisms of BAFF upregulation in the context of HIV-1 infection are not fully understood and no previous studies have addressed the ability of fully competent HIV-1 to induce BAFF production by myeloid cells. The different studies presented in this thesis converge to the general objective of better characterizing the mechanisms underlying BAFF upregulation by primary human monocytes and monocyte-derived macrophages in the context of HIV-1 infection. We show here that HIV-1 drives BAFF secretion in monocytes by a type-I interferon (IFN)-dependent process. Moreover, we identified plasmacytoid dendritic cells (pDCs) as the cellular source of this type-I IFN-directed modulatory effect in our monocyte cultures, demonstrating that a pDC/monocyte interplay is required for the HIV-1-induced BAFF production. In addition, we provide evidence that HIV-1 upregulates BAFF production in monocyte-derived macrophages and this process relies on productive virus infection, which is itself influenced by the cell phenotype status, and is independent of Toll-like receptors and type-I IFN signal transduction as well as the action of Nef. Altogether, this doctoral project provides new insights for the increased BAFF levels observed during HIV-1 infection. These findings might be relevant for the design of therapies that could help restore the functionality of the B-cell compartment in HIV-1-infected individuals.

La pathogenèse du VIH-1 reflète les différentes propriétés biologiques du VIH et de la réponse immune des cellules hôtes. L'expression différentielle de ces deux composants majeurs détermine le devenir final d'une infection par le VIH-1: survie à long terme ou le développement du SIDA. L'implication de facteurs autre que le virus lui-même pouvant déterminer l'infection par le VIH et la pathogenèse demeure une importante considération scientifique. Les travaux présentés dans cette thèse de doctorat ont pour but de mieux comprendre l'implication des facteurs cellulaires lors d'une infection par le VIH-1 des cellules T CD4+ et des macrophages. Dans ce dessein, mon projet de doctorat a ciblé deux caractéristiques de la pathogenèse du VIH : la présence préférentielle de R5 en début d'infection et l'implication de la réponse IFN lors d'une infection des macrophages par le VIH-1. L'objectif premier consistait à identifier les voies cellulaires modulées lors d'une infection des cellules T CD4+ par le virus X4 et le virus R5. Les résultats obtenus démontrent une plus grande habilité de la souche R5 à moduler des gènes cellulaires que la souche X4. La liaison des virus aux cellules T CD4+ non-stimulées induit des événements de signalisation, comme la signalisation via le RCT et l'organisation de l'actine, qui sont favorables à l'activation des cellules T CD4+. Ce phénomène pourrait expliquer en partie pourquoi R5 est la principale souche observée tôt dans le processus naturel d'une infection. Le deuxième objectif consistait à identifier les facteurs de la réponse IFN modulés par le VIH chez les macrophages. TRAF6 a été identifié comme un facteur cellulaire de la réponse IFN ayant une propriété antivirale, tandis qu'IRF7 contribue positivement à la replication du VIH-1. Plus précisément, la présence d'IRF7 active la transcription de CARM1 lors d'une infection des macrophages par le VIH-1 et celui-ci semblerait augmenter la transcription du virus.

Plus de deux millions d’enfants dans le monde vivent actuellement avec le virus d’immunodéficience humaine de type 1 (le VIH-1). De plus, les femmes, particulièrement celles en âge de procréer, sont plus vulnérables à cette infection. Or, 90% des infections par ce rétrovirus chez l’enfant sont attribuables à la transmission de la mère à l’enfant (TME). Quoique des traitements antirétroviraux soient disponibles pour la prévenir, seulement une infime proportion des femmes séropositives y a accès encore aujourd’hui. On estime donc que la transmission verticale du VIH-1 est un problème de santé public alarmant, non seulement pour les générations d’aujourd’hui, mais aussi pour celles de demain. La contamination fœtale est l’une des voies par laquelle la TME peut se produire. Cependant, les mécanismes qui y sont associés demeurent peu connus, particulièrement en ce qui concerne l’infection directe des trophoblastes, éléments structuraux du placenta. Afin d’éclaircir ce sujet, nous avons étudié, dans cette thèse, les évènements précoces du cycle réplicatif du VIH-1 dans les trophoblastes, première étape conduisant à l’infection d’une cellule cible. Nous avons découvert que le mécanisme d’infection des trophoblastes est inhabituel pour ce rétrovirus. En effet, le VIH-1, au contact de ces cellules, est internalisé par celles-ci et se retrouve alors dans les endosomes. Nous avons établi que l’endocytose du VIH-1 se fait par une voie indépendante de la clathrine, des cavéoles et de la dynamine-2, mais requérant toutefois que le cholestérol membranaire soit libre. Nous avons suivi le parcours intracellulaire des particules virales et noté qu’elles se rendaient principalement aux endosomes tardifs, transit contrôlé par les protéines Rab5 et Rab7. Quoique ce transport entraîne la dégradation d’une grande partie des virions, il est de façon étonnante essentiel à leur processus infectieux dans les trophoblastes. Finalement, l’accès du VIH-1 au cytoplasme cellulaire se fait en l’absence des protéines de l’enveloppe virale, la gp120 et la gp41, suggérant que le virus fusionne dans les endosomes grâce à la machinerie cellulaire présente. Les données présentées dans cette thèse décrivent donc une nouvelle voie d’infection pour le VIH-1. La compréhension de ce processus est essentielle si l’on veut mieux contrôler un jour la transmission mère-enfant du VIH-1 durant la grossesse et/ou trouver des solutions alternatives aux antirétroviraux existants. / More than two million children under fifteen years of age are currently living with the human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) worldwide and 90% of these infections are associated with mother-to-child transmission (MTCT) of this retrovirus. Women, particularly those of child-bearing age, are highly susceptible to HIV-1 infection. In spite of available antiretroviral treatments to prevent MTCT, only a minority of infected women have access to these treatments. Hence, vertical transmission of HIV-1 is an alarming public health issue for both current and future generations. One of the postulated models for how HIV-1 is transmitted by the mother is foetal contamination. However, the mechanisms underlying such an event are poorly understood. In particular, the process whereby HIV-1 may directly infect trophoblasts, the structural cells of the placenta, is unknown. In this thesis, we have studied the early events associated with HIV-1 life cycle in trophoblasts, the first step towards infecting a target cell. Our data demonstrate that the mechanism whereby HIV-1 infects trophoblasts is unusual for this retrovirus. Upon contact with these cells, HIV-1 is rapidly and massively endocytosed. We have tracked the step-by-step movements of incoming particles and found that HIV-1 traffics primarily towards late endosomes, via Rab5 and Rab7. Surprisingly, although this transit leads to the degradation of the majority of the internalized virions, it is necessary for HIV-1 to establish a productive infection in these cells. In addition, we found that endocytosis of HIV-1 in these placental cells relies on a clathrin-, caveolae- and dynamin-independent pathway that requires free membrane cholesterol. Finally, viral entry occurs in the absence of the viral envelope glycoproteins, gp120 and gp41, suggesting that HIV-1 undergoes fusion within the endosomes via the host cell machinery. Collectively, the data presented in this thesis describe a novel infection pathway for HIV-1. An understanding of this unique process is essential if we are to learn how to control MTCT and/or find alternate solutions to existing antiretroviral drugs.

À ce jour, malgré les traitements antirétroviraux efficaces permettant de contrôler la charge virale chez les personnes vivant avec le VIH-1, aucun vaccin ni traitement curatif n'est disponible. La recherche fondamentale est donc toujours de mise afin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires permettant la persistance du virus. Les macrophages, l'une des cellules cibles du VIH-1, jouent un rôle important dans l'établissement de l'infection et la propagation du virus. Étant présentes dans les muqueuses, ces cellules sont parmi les premières à être exposées au VIH-1 lors de l'infection. En combinaison avec leur longue durée de vie et leur résistance à l'effet cytopathique du virus, les macrophages doivent être pris en considération dans le développement d'une stratégie de guérison. De plus, ces cellules font partie des réservoirs viraux, c'est-à-dire des cellules qui persistent chez la personne infectée malgré les thérapies antirétrovirales, et participent au rebond de la charge virale lors de l'arrêt des traitements. Les macrophages sont caractérisés par un faible taux d'infection in vitro. Afin d'identifier les facteurs de l'hôte associés à une susceptibilité ou une résistance à l'infection, nous avons fait une étude comparant le transcriptome de cellules infectées par le VIH-1 avec la population exposée ayant résisté à l'infection (population spectatrice), suivie d'un criblage d'ARN interférents envers une sélection de gènes modulés par le virus. Cette étude a permis de mettre en évidence plusieurs facteurs de régulation du VIH-1, dont la protéine MDM2. MDM2 est une ubiquitine ligase impliquée dans la réponse aux dommages à l'ADN et régulant le niveau de plusieurs protéines, sa cible principale étant le facteur de transcription p53. Les deux études présentées dans cette thèse de doctorat cherchent à mieux comprendre le rôle des protéines MDM2 et p53 dans l'infection des macrophages humains par le VIH-1. Nous démontrons d'abord que l'ubiquitine ligase MDM2 favorise l'infection productive des macrophages via le contrôle de p53. En effet, la stabilisation du facteur de transcription p53 induit l'expression de la protéine p21, qui à son tour empêche la phosphorylation de la protéine SAMHD1. SAMHD1 est un facteur de restriction efficace chez le macrophage, interférant avec l'étape de transcription inverse du virus, et est inactivé suivant sa phosphorylation. Un niveau plus élevé de p53 dans la cellule entraîne donc en une plus forte restriction de l'infection par le VIH-1. Cette première étude a mis en lumière un rôle antiviral de p53 et l'importance de son contrôle par MDM2 pour le VIH-1. Notre seconde étude découle directement des résultats obtenus lors de la première. Le gène TP53 exprime plusieurs isoformes de p53, chacune connue pour moduler l'activité de p53 pleine longueur. Nous démontrons que ces isoformes peuvent aussi moduler le cycle viral de manière distincte. Par exemple, l'interférence par ARN de l'isoforme p53β cause un effet similaire à l'ARN interférent ciblant toutes les isoformes, mais cette hausse de l'infection est seulement observée au niveau de la production de virions et n'affecte pas le taux d'infection. Cet effet serait aussi indépendant de l'action de SAMHD1. L'inhibition de l'expression des isoformes Δ133p53, quant à elle, diminue la susceptibilité des macrophages au VIH-1 et dépend du sentier p53/SAMHD1. Dans cette étude, nous montrons aussi que la protéine virale Nef protège le virus de l'action de p53. Enfin, nous avons observé une modulation de l'expression des isoformes de p53 suivant l'infection par le VIH-1, certaines isoformes étant modulées spécifiquement chez les macrophages productivement infectés. Ensemble, ces études mettent en lumière un rôle dans l'immunité innée antivirale pour le facteur de transcription p53, plutôt connu pour ses propriétés antitumorales. La mise en évidence d'un nouveau facteur de régulation du VIH-1 spécifique au macrophage et impliqué dans les étapes menant à l'intégration du VIH-1 dans ces cellules permet une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires menant à la formation et à la persistance de réservoirs viraux. Ces études permettront d'envisager de nouvelles voies thérapeutiques pour prévenir leur formation et mener à l'éradication du virus. Nos résultats permettent aussi de mieux comprendre l'implication de p53 dans l'immunité ainsi que l'importance de son contrôle par MDM2 et pourront aussi être transposées dans d'autres sphères de la virologie. Inversement, les connaissances actuelles en oncologie sur le facteur de transcription p53 pourront être transposées pour développer de nouvelles thérapies et, éventuellement, une guérison de l'infection par le VIH-1. / To date, despite effective antiretroviral therapies for viral load control in people living with HIV-1, no vaccine or cure against the virus is available. Basic science research is then still necessary to better understand the molecular mechanisms allowing the viral persistence. Macrophages, one of the cells targeted by HIV-1, play an important role in the establishment and propagation of HIV-1 infection. Being present in the mucous membranes, macrophages are among the first cells exposed to the virus upon infection. In combination with their long lifespan and their resistance to HIV-1-mediated cytopathogenic effects, macrophages must be considered for the development of a functional cure. In addition, these cells are part of the viral reservoirs, which are cells that persist in the infected person despite antiretroviral therapy and are responsible for the return of the viremia when treatments are stopped. Macrophages are characterized by their low infection rate in vitro. To identify host factors associated with the susceptibility or resistance to infection, we did a transcriptomic study comparing the infected cells with the bystander population (i.e., cells exposed to HIV-1 but uninfected), followed by a siRNAs screening of genes modulated by HIV-1 infection. This study revealed several positive and negative HIV-1 regulatory factors. One of these regulators was MDM2. MDM2 is a ubiquitin ligase involved in the DNA damage response and regulating the turnover of various proteins, including p53. The main goal of the two studies presented in this Ph.D. thesis is to better understand the role of MDM2 and p53 in the infection of macrophages by HIV-1. We demonstrate that the MDM2 ubiquitin ligase favors HIV-1 replication through the control of p53. Indeed, p53 stabilization induces the expression of p21, which in turn inhibits the phosphorylation of SAMHD1. SAMHD1 is an important restriction factor in macrophages, interfering with HIV-1 reverse transcription, and is inactivated by phosphorylation. A higher level of p53 thus results in a stronger restriction against HIV-1 mediated by SAMHD1. This first study highlights an antiviral role of p53 and the importance of its control by MDM2 for HIV-1infection. Our second study stems from the results obtained in our first one. The TP53 gene expresses multiple isoforms of p53, each known to modulate the full-length p53 activity. We demonstrate that these isoforms can also modulate the HIV-1 replication cycle in a distinct manner. For example, RNA interference of the p53β isoform cause a similar effect than the siRNA targeting all the isoforms, but the increase is only seen on the viral production and not on the infection rate. This effect also seems to be SAMHD1-independent. Knockdown of Δ133p53 isoforms, on the other hand, decreases the susceptibility of macrophages towards HIV-1 in a p53/SAMHD1-dependant manner. In this study, we also show that the viral protein Nef protects the virus from the antiviral activity of p53. Finally, we observe a change in the p53 isoforms expression pattern upon exposure to HIV-1, certain isoforms being modulated specifically in the productively infected macrophages. Together, these studies highlight an antiviral role for the transcription factor p53, better known for its antitumor functions. The demonstration of a new regulatory factor of HIV-1infection specific to the macrophages and involved in the replication steps leading to the viral genome integration allows a better understanding of the molecular mechanisms leading to the formation and persistence of HIV-1 reservoirs. These studies will open the way to new therapeutic routes to prevent their formation and lead to the eradication of the virus. Our results also provide a better understanding of the involvement of p53 in immunity and the importance of its control by MDM2 and may also be transposed into other areas of virology. Conversely, current knowledge in oncology on the p53 transcription factor could be used in the development of new therapies and, possibly, a cure against HIV-1.

Des avancées thérapeutiques majeures résultantes de plusieurs décennies de recherche intensives ont significativement modifié la physionomie de l'infection au virus de l'immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1). Dans plusieurs pays, mais pas tous, les personnes infectées peuvent désormais bénéficier de la trithérapie antirétrovirale pour contrôler la charge virale systémique. Néanmoins, pour plus de la moitié des cas d'infection, des particules virales sont présentes très tôt dans le système nerveux suivant la neuroinvasion du virus et occasionnent différentes dysfonctions neurocognitives. Fait important, la prévalence de ces troubles neurologiques persiste même en présence d'un traitement suppressif et efficace. Le système nerveux agit donc comme sanctuaire où le virus peut infecter des microglies et astrocytes pour ainsi causer une réaction neuroinflammatoire délétère pour la physiologie neuronale. De nombreuses recherches ont d'ailleurs démontré que les dommages au cerveau corrèlent davantage avec cette réaction qu'avec la charge virale. Dans un premier temps, cette thèse présente un article de revue faisant état d'une problématique majeure intimement reliée à l'infection par le VIH-1 dans le cerveau. Nous décrivons le débalancement abrute dressé par un profil sécrétoire prépondérant en composés neurotoxiques accompagné par un déclin important dans la production de différents composés neurotrophiques. Plus précisément, nous discutons plus en détail les divers rôles de premiers plans entrepris par ces composés neurotrophiques dans ce contexte de neuropathogenèse. De façon additionnelle, nous adressons les mécanismes biologiques variés par lesquels le virus, directement ou indirectement, interfère avec leurs productions et leurs rôles fondamentaux dans le cerveau de sujets infectés. Enfin, nous discutons des retombées pathophysiologiques de telles perturbations. Par la suite, nous présentons un premier article de recherche complété se concentrant justement sur la relation entre le VIH-1 et l'un de ces facteurs neurotrophiques, nommément la chimiokine fractalkine. Nous y présentons une relation de causalité entre l'infection d'astrocytes et la réduction de cette chimiokine autant au niveau transcriptomique que protéomique. Par des comparaisons directes avec d'autres cytokines exprimées par les astrocytes, nous mettons en évidence un dérèglement transcriptionnel spécifique de celle-ci. Ainsi, nous évoquons un mécanisme biologique particulier faisant intervenir des défauts dans le recrutement du facteur de transcription NF-κB au promoteur du gène codant pour la fractalkine. Ensuite, nous caractérisons les facteurs solubles produits de cellules infectées/activées connus pour jouer un rôle dans la sécrétion de la fractalkine par les astrocytes. La dernière partie de cet article confirme le potentiel neuroprotecteur de cette chimiokine contre l'apoptose neuronale lors d'une exposition à du milieu conditionné de cellules infectées. Nous terminons en proposant qu'un dérèglement dans la signalisation de la fractalkine dans le cerveau accentue le débalancement décrit en détail dans l'article précédent et puisse avoir des conséquences notables pour la survie neuronale. Pour finir, dans le cadre d'un deuxième projet de recherche, un autre chapitre de cette thèse est alloué à des données préliminaires mettant en lumière le potentiel anti-inflammatoire de la fractalkine. Les données présentées illustrent l'expression du récepteur correspondant sur des microglies, autant infectées que non-infectées, avec entre autres une réponse fonctionnelle à la fractalkine recombinante se traduisant par une modulation du profil inflammatoire. Par conséquent, cette étude aborde un autre rôle intrinsèque de ce facteur qui serait bénéfique dans l'optique de mieux contrôler l'activité microgliale parfois neurotoxique. D'autres investigations présentement en cours et prévues prochainement permettront idéalement d'approfondir cet aspect intéressant. Globalement, ces travaux de recherche de doctorat permettent une mise en perspective de la relation entre le VIH-1, la production de la fractalkine par les astrocytes et ses propriétés bénéfiques dans le cerveau sous des conditions neuroinflammatoires. Les données présentées ici permettent de laisser entrevoir une possible percée thérapeutique dans le but de mieux contrôler les symptômes d'ordre neurocognitifs associés à l'infection au VIH-1 qui, rappelons-le, demeurent prévalents.