L’infection par le virus de l’hépatite C (HCV) est une cause majeure de maladies hépatites sévères et constitue un problème majeur de santé public. Le HCV est associé aux lipopoprotéines formant une lipoviroparticule (LVP) qui est la forme infectieuse du virus. L’apolipoprotéine E (apoE), associée aux lipoprotéines, est impliquée dans les étapes précoces et tardives de l’infection. Elle interagit avec de récepteurs impliqués dans le métabolisme lipidique tels les héparanes sulfates protéoglycanes (HSPG). Durant ma thèse, j’ai démontré que les acides aminés chargés positivement du domaine de liaison aux HSPG d’apoE sont impliqués dans l’entrée du HCV dans l’hépatocyte. J’ai également démontré que la production et/ou l’infectiosité des particules virales est corrélée au taux d’expression d’apoE dans les cellules sans avoir d’impact sur la traduction ou la réplication virales. Enfin, j’ai identifié syndecan-4, un membre de la famille des HSPG, comme l’HSPG principal impliqué dans l’entrée du HCV dans les lignées Huh7.5.1. L’ensemble de ces résultats démontre qu’HCV utilise l’interaction apoE-SDC4 pour établir une infection virale efficace. / Hepatitis C virus (HCV) infection is a major cause of liver disease worldwide and represents a major health problem. HCV associates with host lipoproteins forming host/viral hybrid complexes termed lipoviral particles. Apolipoprotein E (apoE) is a lipoprotein component that interacts with heparan sulfate proteoglycans (HSPG) to mediate hepatic lipoprotein uptake, and may likewise mediate HCV entry. I sought to define the functional regions of apoE with an aim to identify critical apoE binding partners involved in HCV infection. I demonstrated a direct correlation of apoE expression and HCV infectivity, whereas no correlation exists with viral protein translation or replication. Mutating the HSPG binding domain (HSPG-BD) of apoE revealed key residues that are critical for mediating HCV infection. Finally, I identified Syndecan-4 (SDC4), an HSPG family member, as the principal HSPG mediating HCV entry. Our data demonstrate that HCV uses apoE-SDC4 interactions to enter hepatocytes and establish efficient viral infection.

Lors d’une infection chronique, le virus de l'hépatite C (HCV) circule sous forme de lipoviroparticule (LVP) : particules hybrides associant des composants viraux (ARN, les protéines structurelles) et des composants cellulaires (apolipoprotéines, cholestérol). Au cours de ma thèse, nous nous sommes intéressés à identifier la plateforme d'assemblage du HCV, et le rôle du rassemblement des protéines virales par NS2 dans sa formation. Nous avons montré que des interactions de natures différentes sur la membrane du RE sont impliquées dans cette association protéique. Nos résultats suggèrent que des interactions complexes (directes ou via des « membranes résistantes aux détergents » (DRM)) entre les protéines complexées par NS2, peuvent immédiatement précéder la formation LVP. Nous avons également démontré que l’hétérodimère E1E2, les apolipoprotéines B et E (ApoB, ApoE) s’associent en un complexe de protéines dans le réticulum endoplasmique (RE) lorsqu'elles sont exprimées ensembles. Ce complexe se forme au début de l'assemblage du HCV, quelle que soit l'expression des autres protéines virales, et est conservée sur les LVP sécrétées. Basé sur ces données, nous avons proposé un mécanisme expliquant l’initiation de la morphogenèse des LVP. Ensuite, nous avons évalué l'importance de l'association E1E2/ApoE pour le cycle de vie du virus. Nous avons initié une étude pour identifier les acides aminés E1E2 impliqués dans l'interaction avec les apolipoprotéines. Avec ces données, nous souhaitons proposer une meilleure compréhension des mécanismes de la morphogenèse du HCV. / In chronic infection, the hepatitis C virus (HCV) circulates as lipoviral particles (LVP): hybrid particles associating viral (RNA, structural proteins) and cellular components (apolipoproteins, cholesterol). During my PhD, we were interested in identifying the HCV assembly platform, and the role of the association of the viral proteins by NS2 during its formation. We showed that different natures of interactions on the ER membrane are involved in this proteic association. Our results suggest that a complex interplay between proteins of the complex formed by NS2, directly or through “detergent resistant membranes” (DRMs) may be immediately followed by LVPs formation. We also demonstrated that E1E2 heterodimer, apolipoproteins B and E (ApoB, ApoE) associate as a protein complex in the endoplasmic reticulum (ER) when expressed together. This complex is formed early in HCV assembly, regardless the expression of other viral proteins, and is conserved on the secreted LVPs. Based on these data, we proposed a mechanism explaining LVP morphogenesis initiation. Then we assessed the importance of E1E2/ApoE association for viral life cycle. We initiate a study to identify the E1E2 amino acids involved in the interaction with apolipoproteins. With these data, we wished to provide a better understanding of the mechanisms of the HCV morphogenesis.

L'hépatite C chronique est une des étiologies principales du carcinome hépatocellulaire. En revanche, les mécanismes de tumorigenèse sont peu connus. Récemment, plusieurs modifications du métabolisme du glucose ont été décrites dans les cellules infectées par le HCV. Celles-ci évoquent les reprogrammations métaboliques mises en place dans les cellules cancéreuses. L'effet Warburg, ou glycolyse aérobie, est une des caractéristiques principales des cellules tumorales. Ce phénomène permet d'assurer une production énergétique ainsi qu'un stock en précurseurs de macromolécules suffisants pour permettre la prolifération. Par ailleurs, en complément de l'utilisation de glucose, les cellules tumorales deviennent dépendantes de la métabolisation de la glutamine pour alimenter leur métabolisme énergétique et les différentes voies de biosynthèse. Mes travaux de thèse ont porté sur l'étude des changements métaboliques caractéristiques des cellules cancéreuses, et plus précisément sur le métabolisme de la glutamine, dans les cellules infectées par le HCV. Dans le modèle de culture cellulaire HCVcc, une activation de l'utilisation de la glutamine par le virus a pu être mise en évidence. L'infection par HCV entraine une augmentation du facteur de transcription MYC, de plusieurs transporteurs de glutamine ainsi que de la glutaminase, l'enzyme limitante de la glutaminolyse. De façon intéressante, ces changements semblent survenir également chez les personnes chroniquement infectés par le virus, comme le suggère l'analyse des biopsies de patients. Ces altérations métaboliques pourraient participer à la mise en place d'un environnement favorable au développement tumoral / Chronic infection with hepatitis C virus (HCV) is one of the main etiologies of hepatocellular carcinoma (HCC). However, mechanisms of HCV-related tumorigenesis are ill-defined. Recent literature data suggest that HCV infection may reprogram glucose metabolism in a cancerlike fashion. The Warburg effect, or aerobic glycolysis, is a hallmark of cancer. Activation of this pathway allows tumor cells to sustain high rates of energy production and provide sufficient biosynthetic precursors for proliferation. Likewise, the induction of similar metabolic alterations may favor HCV multiplication through the rapid production of nucleotides, amino acids and lipids. To complement aerobic glycolysis, tumor cells become frequently dependent on glutamine. The partial oxidation of glutamine through the glutaminolytic pathway can fuel their energy metabolism and several anabolic pathways. However, the role of glutamine metabolism in HCV life cycle has not been documented so far. I focused my PhD research project on the characterization of metabolic alterations triggered by HCV. In particular, I evaluated the occurrence of distinctive features of tumor cell metabolism in HCVinfected cells, with a specific attention on glutamine utilization. In the HCVcc cell culture model, I report the induction of a metabolic reprogramming towards higher rates of glutaminolysis upon HCV infection. HCV-induced transcriptional activation of MYC, along with several glutamine transporters and glutaminase, is likely to be responsible for this metabolic shift. Interestingly, increases in transcript levels of these factors in liver biopsies of patients with chronic hepatitis C suggest that this metabolic reprogramming may be relevant in vivo. Moreover, these metabolic changes may expose new drug targets against HCV as suggested by the inhibition of the virus replication upon suppression of glutaminolysis via different strategies. Altogether, these findings uncover a potential link between chronic hepatitis C and HCC through the installation of a favorable metabolic environment for tumor development

Le Virus de l’Hépatite C (VHC) infecte 170 millions de personnes dans le monde mais aucun vaccin n’est encore disponible. Le processus d’entrée du VHC dans les hépatocytes représente une cible prometteuse pour le développement de stratégie thérapeutique et est finement régulé par un nombre par les deux glycoprotéines d’envelope du VHC, E1 et E2, assemblé sous la forme d’un hétérodimère incorporé à la surface des particules virales. Cependant, comment E1 et E2 dialoguent, modifient leurs conformations et se coordonnent mutuellement au cours de l’entrée reste encore à être définit. Dans ce travail, nous avons souhaité clarifier l’interrelation entre E1 and E2 au cours de l’entrée afin d’ouvrir la voie à de potentiels stratégies thérapeutiques. Nous avons tout d’abord examiné si une importante divergence génétique entre des hétérodimères E1E2 pouvait être liée à l’existence de fonctions particulières. Nous avons observé une spécialisation des E1E2 isolé des Lymphocytes B pour l’infection de ces mêmes cellules mais pas des hépatocytes, suggérant que de nouvelles fonctions peuvent émerger de la plasticité conformationel de E1E2. Dans un second temps, nous sommes parvenus à identifier un dialogue conservé entre E1 et le domaine III de E2 (E2 DIII), critique pour les processus d’attachement et de fusion du VHC. Nous avons aussi montré grâce à une approche bio-informatique l’existence d’une co-évolution très importante entre E1 et E2. Cette approche a également prédit de potentiel changement de conformations au sein de l’hétérodimère, suggérant que E2 est sans doute une protéine de fusion capable de se replier sur elle-même via le repliement de son domaine III et l’aide de E1. Ainsi, ces différents travaux soulignent l’implication de E1 et E2 au sein de dialogues fins et complexes, qui régulent à la fois les conformations et les fonctions de l’hétérodimère. Ainsi, cela suggère que l’hétérodimère E1E2 représente plutôt une unité fonctionnelle et structurale unique, plutôt que l’association de deux protéines aux fonctions distinctes. / Hepatitis C Virus (HCV) infects more than 170 million people worldwide but no vaccine is available yet. HCV entry may represent a promising target for therapies and is mediated by two envelope glycoproteins, E1 and E2, assembled as heterodimer onto the virus surface. However, how E1 and E2 dialog, structurally rearrange and act together during these steps remain poorly defined. In this work, we aimed to clarify the interrelation of E1E2 during virus entry, thus opening ways to potential new therapeutic strategies. We first investigated whether a strong genetic divergence between E1E2 heterodimers may highlight distinct functions. We observed that B-cell derived E1E2 were specialized for B-cell infection, suggesting that new functions can emerge from the E1E2 conformational plasticity. In a second approach, we identified a conserved dialog between E1 and the domain III of E2 that was critical for virus binding and fusion. Moreover, a computational model predicted a strong co-evolution between E1 and E2 as well as potential structural rearrangements, suggesting that HCV E2 is likely a fusion protein able to fold over via its domain III through the mediation of E1. Altogether, these different works highlight that E1 and E2 are involved in complex dialogs that regulate the heterodimer folding and functions, suggesting that E1E2 heterodimer is more likely a single functional protein entity than an association of two proteins with specific functions.

Le VHC infecte les hépatocytes, cellules polarisées du foie. Le cycle de réplication du VHC est dépendant du métabolisme lipidique de la cellule hôte. Mais la relation entre VHC, polarité cellulaire et métabolisme lipidique est mal connue. Nous avons démontré que SHIP2 joue un rȏle important dans l’établissement de la polarité apicobasale des cellules épithéliales. La protéine core du HCV induit la perte de polarité cellulaire et diminue l’expression de la phosphatase SHIP2. La réintroduction de SHIP2 dans les cellules exprimant core restitue la polarité cellulaire et diminue l’expression de core. SHIP2 agit aussi sur l’accumulation et l’organisation des gouttelettes lipidiques qui sont des éléments cellulaires nécessaires à la réplication du VHC. Ces résultats montrent le rôle de SHIP2 dans la polarité cellulaire et le désigne comme une cible intéressante pour des recherches dans la lutte contre les infections du VHC. / HCV infects hepatocytes, polarized cells of the liver. HCV replication cycle is dependent on lipid metabolism of the host cell. But the relationship between HCV cell polarity and lipid metabolism is unknown. We demonstrated that SHIP2 plays an important role in establishment of the apicobasal epithelial cell polarity. The HCV core protein induces loss of cell polarity and decreases the expression of the phosphatase SHIP2. The reintroduction of SHIP2 in cells expressing core restores cell polarity and decreases the expression of core protein. SHIP2 also negatively affect lipid droplets, which are important for HCV replication. These results show the role of SHIP2 in cell polarity and designate it as an attractive target for research in the fight against HCV infection.

GBF1 a émergé autant que facteur cellulaire nécessaire pour la réplication de plusieurs virus à ARN. Au cours de l’infection par le virus de l’hépatite C (VHC), GBF1 est essentiel pour les étapes précoces de la réplication, bien qu’il soit dispensable lorsque celle-ci est établie. Afin de mieux comprendre la fonction de GBF1 dans la régulation de l'infection par le VHC, nous avons tenté d’explorer les interactions entre GBF1 et les protéines du VHC. Ainsi, grâce à l’approche du double hybride en levure et par co-immunoprécipitation et par PLA (proximity ligation assay), nous avons pu montrer que NS3 interagit avec GBF1. De plus, NS3 semble interférer avec la localisation subcellulaire de GBF1 dans des cellules exprimant NS3. Cette interaction a été retrouvée entre le domaine protéase de NS3 et Sec7, le domaine catalytique de GBF1. Un crible sur des mutations altérant l’interaction GBF1-NS3, par double hybride en levure, a permis révéler un mutant NS3 (N77D de la souche Con1) qui est non-réplicatif malgré une activité protéase bien conservée. De plus, le résidu muté est exposé à la surface, ce qui suggère qu’il pourrait appartenir à la zone d’interaction de NS3 avec GBF1. La mutation correspondante dans la souche JFH1 produit le même phénotype que la souche Con1 du VHC. L’ensemble des résultats révèlent l’existence d’une interaction entre GBF1 et NS3 et suggèrent qu’une altération de cette interaction est délétère pour la réplication du VHC. / GBF1 has emerged as a host factor required for the replication of RNA viruses of different families. During the hepatitis C virus (HCV) life cycle, GBF1 performs a critical function at the onset of replication, but is dispensable when the replication is established. To better understand how GBF1 regulates HCV infection, we have looked for interactions between GBF1 and HCV proteins. NS3 was found to interact with GBF1 in yeast two-hybrid, in co-immunoprecipitation and in proximity ligation assays, and to interfere with GBF1 function and alter GBF1 intracellular localization in cells expressing NS3. The interaction was mapped to the Sec7 domain of GBF1 and the protease domain of NS3. A yeast two-hybrid screen for mutations altering NS3-GBF1 interaction yielded an NS3 mutant (N77D, Con1 strain) that is non-replicative despite conserved protease activity. The mutated residue is exposed at the surface of NS3, suggesting it could be part of the domain of NS3 that interacts with GBF1. The corresponding mutation in JFH-1 strain (S77D) produces the same phenotype. Our results provide evidence for an interaction between NS3 and GBF1 and suggest that an alteration of this interaction is detrimental to HCV replication.

Environ 30% des patients infectés par le virus de l’hépatite C guérissent spontanément. Le but de ce travailétait (i) d’examiner l’évolution des protéines d’enveloppe en cas de guérison spontanée (ii) de comparerl’infectivité des variants présents aux stades précoces (iii) d’explorer la capacité neutralisante des anticorps(Ac) vis-à-vis des variants majoritaires et minoritaires. Nous avons sélectionné 2 patients avec une hépatiteaigue C suivie d’une guérison très rapide. Pour explorer la capacité d’entrée de ces variants et leur aptitude àêtre neutralisés, nous avons produit des pseudo-particules rétrovirales portant les enveloppes de différentsvariants. Pour le 1er patient, une réponse neutralisante autologue était détectable précocement, avec unmaximum entre le 2ème et le 3èmemois suivant la cytolyse. Elle était encore détectable au 30ème mois. Pourle 2ème patient, des Ac vis-à-vis du variant majoritaire étaient détectés dans le sérum prélevé 4 jours après lacytolyse et dans les sérums plus tardifs. Le titre des Ac était maximum au 5ème mois. La réponse neutralisanteest d’apparition précoce et persiste même après l’élimination virale. Ces observations nous questionnent parrapport au rôle éventuel joué par ces Ac dans les cas de recontamination. / Only 30% of Hepatitis C virus infected individuals recover spontaneously. We investigated the mechanismsleading to early HCV clearance. The purpose of this work was: (i) to explore the diversity and the early geneticevolution of the HCV envelope glycoproteins, and the infectivity spectrum of isolated variants and (ii) toanalyze the ability of the autologous neutralizing response to control these variants. We selected two patientswho developed an acute HCV infection. To explore the impact of mutations on infectivity and neutralization,retroviral pseudoparticules were produced with representative E1 and E2 sequences. For the first case, themaximum neutralizing activity was observed in the serum collected between 2 and 3 months post ALT peak,the activity was still detectable after 30 months. For the second case, autologous neutralizing activity wasdetected in every serum collected between 4 days and 13 months after. A gradual increase of neutralizationactivity was observed over time with a maximum 5 to 6 months. We have shown that the neutralizing responsewas detectable at early stages of primoinfection and was sustained beyond the time at which the virus wascleared. These observations raise interesting questions about the role of such antibodies in case of re-exposure.

Le virus de l’hépatite C (VHC) est l’une des causes majeures de cirrhose du foie et de carcinome hépatocellulaire. Au courant de la première partie de ma thèse, nous nous sommes intéressés à caractériser plus en détail le rôle de SR-BI dans l’infection par le VHC. Bien que les mécanismes impliquant SR-BI dans la liaison du virus à l’hépatocyte aient été partiellement caractérisés, le rôle de SR-BI dans les étapes suivant la liaison du VHC reste encore largement méconnu. Afin de mieux caractériser le rôle de l’interaction VHC/SR-BI dans l’infection par le VHC, notre laboratoire à généré une nouvelle classe d’anticorps monoclonaux anti-SR-BI inhibant l’infection virale. Nous avons pu démontrer que SR-BI humain jouait un rôle dans le processus d’entrée du virus à la fois lorsde l’étape de liaison du virus à la cellule hôte mais aussi au cours d’étapes suivant cette liaison. Ainsi il serait intéressant de cibler cette fonction de SR-BI dans le cadre d’une stratégie antivirale pour lutter contre l’infection parle VHC. Dans la seconde partie de ma thèse, nous avions pour but de caractériser les mécanismes moléculaires intervenant dans la réinfection du greffon lors de la transplantation hépatique (TH). Nous avons ainsi identifiés 3 mutations adaptatives dans la glycoprotéine d’enveloppe E2 responsables de l’entrée virale augmentée du variant hautement infectieux. Ces mutations influent sur la dépendance au récepteur CD81 du VHC résultant en une entrée virale accrue. L’identification de ces mécanismes va nous permettre une meilleure compréhension de la pathogénèse de l’infection par le VHC, et est un premier pas pour le développement d’une stratégie préventive antivirale ou vaccinale. / Hepatitis C virus (HCV) is a major cause of liver cirrhosis and hepatocellular carcinoma. In the first part of my PhD, we aimed to further characterize the role of scavenger receptor class B type I (SR-BI) in HCV infection. While the SR-BI determinants involved in HCV binding have been partially characterized, the post-binding function of SR-BI remains remained largely unknown. To further explore the role of HCV-SR-BI interaction during HCV infection, we generated a novel class of anti-SR-BI monoclonal antibodies inhibiting HCV infection. We demonstrated that human SR-BI plays a dual role in the HCV entry process during both binding and post-binding steps. Targeting the post-binding function of SR-BI thus represents an interesting antiviral strategy against HCV infection. In the second part of my PhD, we aimed to characterize the molecular mechanisms underlying HCV re-infection of the graft after liver transplantation (LT). We identified threeadaptive mutations in envelope glycoprotein E2 mediating enhanced entry and evasion of a highly infectious escape variant. These mutations markedly modulated CD81 receptor dependency resulting in enhanced viral entry. The identification of these mechanisms advances our understanding of the pathogenesis of HCV infection and paves the way for the development of novel antiviral strategies and vaccines.

En combinant un nouveau système de culture cellulaire à partir d'hépatocytes différenciés avec du virus de l’hépatite C (VHC) purifié, nous pouvons induire un profil transcriptomique caractéristique des patients à risque élevé de développer un carcinome hépatocellulaire (CHC). En utilisant ce modèle, nous avons découvert le rôle fonctionnel de l'EGFR comme élément moteur de la signature du risque de développement d'un CHC. De plus, nous avons identifié des gènes candidats impliqués dans le développement du CHC. Pour étudier les maladies du foie in vivo, nous avons caractérisé l'expression des protéines phosphatases dans des biopsies hépatiques de patients infectés par le VHC. Nous avons observé une régulation négative de PTPRD, un suppresseur de tumeur, causé par une augmentation de miR-135a-5p qui cible l'ARNm de PTPRD. Par ailleurs, l'analyse in silico montre que l'expression de PTPRD dans le tissu hépatique est corrélée à la survie chez les patients atteints de CHC. / By combining a cell culture system of hepatocyte-like cells with purified hepatitis C virus (HCV), we effectively simulated chronic infection in vitro. We found this infection model induces a transcriptomic profile of chronic HCV patients at high risk of developing hepatocellular carcinoma (HCC). Using this model, we have uncovered the functional role of EGFR as a driver of the HCC risk signature and revealed candidate drivers of the molecular recalibration of hepatocytes leading to liver cancer. In an approach to study liver disease in vivo, we opted to screen for protein phosphatase expression in liver biopsies of chronic HCV patients. We observed a downregulation of PTPRD, a well-known tumor suppressor. We demonstrated that this effect is mediated by an increase in miR-135a-5p which targets PTPRD mRNA. Moreover, in silico analysis shows that PTPRD expression in adjacent liver tissue of HCC patients correlates with survival and reduced tumor recurrence after surgical resection.

L’infection par le virus de l’hépatite C (HCV) est une cause majeure d’hépatite chronique, de cirrhose hépatique et ce carcinome hépatocellulaire dans le monde. La compréhension des relations entre le virus et sa cellule hôte, l’hépatocyte, est indispensable pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques et d’un vaccin préventif. La particularité de ce virus est son lien étroit avec le métabolisme lipidique. Le virus circule dans le sang associé aux lipoprotéines, formant une lipo-viro-particule (LVP) infectieuse. L’apolipoprotéine E (apoE) est une protéine cellulaire faisant intégralement partie de la LVP. Elle joue un rôle majeur dans l’infection et à la production des particules virales. Durant ce travail de thèse, j’ai pu approfondir les connaissances sur le rôle d’apoE dans le cycle viral du HCV sous deux aspects très différents. D’une part, j’ai pu démontré que la forme libre d’apoE, non liée aux lipoprotéines, inhibe la réplication du HCV grâce à la régulation du métabolisme lipidique hépatique, en induisant un efflux de cholestérol ABCG1-dépendant. D’autre part, j’ai participé à une étude démontrant que l’apoE liée à la LVP contribue à l’échappement du virus au système immunitaire, en masquant les épitopes de la protéine virale E2 aux anticorps neutralisants. Ces études ont mis en évidence deux nouveaux rôles d’apoE dans la pathogenèse du HCV. / Hepatitis C virus (HCV) infection is a major cause of chronic hepatitis, liver cirrhosis and hepatocellular carcinoma worldwide. Understanding virus-host interactions in hepatocytes will contribute towards the development of new therapeutic strategies and a protective vaccine. HCV life cycle and the lipid metabolism are inextricably intertwined. A particular feature of this virus is that, in the blood, HCV virions are associated with lipoproteins, forming an infectious lipoviroparticle (LVP). Apolipoprotein E (apoE) is a key component of LVPs that plays an essential role in HCV entry and virions production. My PhD project entailed a more detailed dissection of apoE’s role in the HCV life cycle. I demonstrated that lipid-free apoE inhibits HCV replication by regulating the hepatic lipid metabolism via an ABCG1-dependent cholesterol efflux. Furthermore, I contributed to a study demonstrating that LVP-associated apoE helps the virus escape host immunity by blocking access of neutralizing antibodies to the viral glycoprotein E2. The work presented highlights two new roles of apoE in HCV pathogenesis