La majorité des individus exposés au virus de l’hépatite C (VHC) développent une infection chronique. Une réponse immunitaire adaptative forte et soutenue est associée avec la guérison spontanée du VHC, mais les mécanismes sous-jacents demeurent mal définis. Le rôle des cellules NK et des cellules dendritiques (DC) dans la guérison spontanée du VHC est encore méconnu. Les cellules NK sont la population effectrice la plus importante de l’immunité innée car elles tuent les cellules infectées et sécrètent diverses cytokines. Les DC reconnaissent des agents infectieux et elles sont les premières à initier et réguler l’immunité adaptative. Les cellules NK et les DC interagissent également entre elles afin de réguler l’immunité innée et adaptative. L’hypothèse du projet de doctorat est que l'activité des cellules NK pendant la phase aiguë de l'infection par le VHC module la fonction des DC afin que ces dernières puissent générer une réponse immunitaire adaptative capable d'éliminer le VHC. Le premier objectif était d’établir une corrélation entre l'activité des cellules NK et l'évolution de l'infection au VHC. Nous avons observé une augmentation de la cytotoxicité, mais une diminution de la sécrétion de cytokines par les cellules NK chez les patients chroniques et qui ont résolu spontanément pendant la phase aiguë en comparaison aux contrôles non infectés, démontrant alors une dissociation entre ces deux fonctions. Nos résultats suggèrent que les cellules NK sont activées pendant la phase aiguë indépendamment de l’évolution de l’infection. Le deuxième objectif était d’établir une corrélation entre le phénotype et la fonction des DC, et l'évolution de l'infection. Nous avons d’abord observé que les DC plasmacytoïdes de tous les patients infectés ont un phénotype plus immature que les contrôles, et que ce phénotype est plus prononcé chez les patients ayant résolu spontanément. De plus, en réponse à des stimulations, nous avons observé que pendant la phase aiguë précoce, les DC myéloïdes (mDC) de tous les patients infectés indépendamment de l’évolution de l’infection produisent davantage de cytokines en comparaison aux contrôles. Cependant, cette hyperréactivité n’est pas soutenue au cours de l’évolution chronique. Le troisième objectif était d’établir une corrélation entre les interactions NK/DC et l’évolution de l’infection. Nous avons étudié la capacité des cellules NK à lyser les DC potentiellement tolérogéniques, ainsi que la capacité des DC matures à activer les cellules NK, et nous avons observé aucune différence entre les patients infectés et les contrôles. Finalement, nous avons démontré pour la première fois la capacité des DC immatures à inhiber la fonction des cellules NK. En conclusion, nous avons démontré que les cellules NK sont activées pendant la phase aiguë de l’infection par le VHC indépendamment de l’évolution de l’infection. De plus, la capacité des cellules NK à éliminer les DC potentiellement tolérogéniques est intacte. Finalement, les mDC sont hyperréactives pendant la phase aiguë de l’infection, mais cette hyperréactivité n’est pas soutenue avec la persistance de l’infection. Cette perte d’hyperréactivité des mDC ne semble pas affecter la capacité des DC à activer les cellules NK, mais elle pourrait jouer un rôle dans l’inefficacité de l’immunité adaptative à éliminer le VHC. / The majority of individuals exposed to the hepatitis C virus (HCV) develop a chronic infection. It is known that a strong and sustained adaptive immune response is associated with the spontaneous clearance of HCV, however the underlying mechanisms are not well defined. The role of natural killer (NK) cells and dendritic cells (DCs) during the spontaneous resolution of HCV remains unknown. NK cells are the primary effector population of the innate immune response which are able to kill infected cells and secrete various cytokines. On the other hand, DCs are the first cell type to initiate and regulate adaptive immunity after recognizing infectious pathogens. NK cells and DCs can also interact reciprocally to further regulate innate and adaptive immunity. Our hypothesis is that NK cell activity during acute HCV will modulate DC function to prime a highly efficient adaptive immune response resulting in viral clearance. The first aim of my project was to establish a correlation between NK cell activity and the outcome of HCV infection. We observed increased NK cell cytotoxicity, but decreased cytokine secretion during acute HCV in patients with chronic evolution as well as spontaneous resolution, further demonstrating a dissociation between these two NK cell functions. Our results suggest that NK cells are activated during acute HCV infection regardless of infection outcome. The second aim was to establish a correlation between DC phenotype, function and the outcome of infection. We observed that plasmacytoid DCs (pDCs) from all HCV-infected patients have a more immature phenotype as compared to negative controls, yet this is more pronounced in spontaneous resolvers. Furthermore, we observed that during the early acute phase, myeloid DCs (mDCs) from all HCV-infected patients, regardless of outcome, have increased production of cytokines as compared to un-infected controls in response to stimulation. However, this hyperresponsiveness of mDCs is not sustained with chronic evolution. The third aim was to establish a correlation between the NK/DC cross-talk and infection outcome. We studied the capacity of NK cells to kill potentially tolerogenic DCs, as well as the capacity of mature DCs to activate NK cells, and we observed no major differences between different stages of HCV infection and un-infected controls. However, we obtained unprecedented data which suggests that immature DCs have the capacity to inhibit NK cell function. In conclusion, our results demonstrate that NK cells are activated during acute HCV infection regardless of its outcome. Furthermore, the capacity of NK cells to kill potentially tolerogenic DCs is intact for all groups of patients. Finally, mDCs are hyperresponsive during acute HCV, but this hyperresponsiveness is not sustained with persistence of viremia. The loss of mDC hyperresponsiveness does not seem to affect the capacity of DCs to activate NK cells, but might play a role in the capacity of DCs to prime a highly efficient adaptive immune response resulting in viral clearance.

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La protéine NS5A est essentielle pour la réplication et l'assemblage du virus de l'hépatite C (VHC), et elle constitue une cible thérapeutique prometteuse pour le développement d'antiviraux. Cependant, aucune fonction claire n'a encore été décrite pour NS5A, et les connaissances structurales restent limitées. Ainsi, nous avons caractérisé l'état intrinsèquement désordonné des domaines D2 et D3 de NS5A en décrivant leurs espaces conformationnels et leurs potentialités de repliement en combinant différentes méthodes biophysiques. Nous avons aussi mis en évidence la variabilité structurale du domaine D2 au sein des génotypes du VHC, ce qui pourrait être en rapport avec les différences de pathogénie et d'efficacité des thérapies observées selon les génotypes. L'interaction de D2 et D3 avec la cyclophiline humaine A (CypA) a été étudiée par résonance plasmonique de surface (SPR). Bien que des mutations au sein du domaine D2 rendent la réplication du VHC moins dépendante de la présence de CypA, ces mutations n'empêchent pas la liaison entre D2 et CypA. En revanche, elles induisent des perturbations structurales qui pourraient affecter la cinétique d'interconversion des conformères de D2. Nous avons montré par SPR que D2 et D3 interagissent avec le domaine de fixation à l'ADN du récepteur nucléaire FXR. Cette interaction pourrait inhiber la fixation de FXR sur sa cible ADN, suggérant une implication de NS5A dans la modulation de l'activité transcriptionnelle de ce récepteur nucléaire. L'ensemble de ces informations, nous a permis de proposer un modèle de la structure globale de NS5A permettant une meilleure compréhension des propriétés structurales et fonctionnelles de cette protéine énigmatique / NS5A is essential for HCV replication and particle assembly, and constitutes a very promising drug target. However, no clear function has yet been described for NS5A, and structural knowledge remains limited. We characterized the intrinsically disordered nature of NS5A domains D2 and D3, and describe their folding propensity and their overall conformational behaviour by combining different biophysical methods. We also highlighted the structural variability of D2 domain in HCV genotypes, which might be correlated with the disparities observed between genotypes in terms of pathogenesis and efficiency of therapies. The interactions between D2 and D3 with human cyclophilin A (CypA) was analysed by surface plasmon resonance (SPR). We showed that mutations in the D2 domain conferring resistance of HCV replication to CypA inhibitors did not prevent the interaction between D2 and CypA. However, they induce structural perturbations that may affect the kinetics of conformers interconversion of D2. We also showed by SPR that D2 and D3 interact with the of DNA-binding domain of the nuclear receptor FXR (farnesoid X receptor alpha). This interaction reduce the binding of FXR to its DNA target, suggesting an involvement of NS5A in the modulation of the transcriptional activity of FXR. All this data led us to propose a model of the overall structure of NS5A, which provides a useful template for a better understanding of structural and functional properties of this enigmatic protein

La majorité des personnes utilisatrices de drogues par injection (PUDI) contracteront le virus de l’hépatite C (VHC), les mettant à risque accru de complications hépatiques graves et parfois mortelles. Les comportements les plus risqués pour l’acquisition du VHC incluent le partage de matériel d’injection et l’injection à haute fréquence. Un facteur jusqu’ici négligé dans l’évaluation du risque de VHC est l’aspect dynamique de l’injection, c.-à-d. la manière dont elle varie dans le temps, incluant l’effet des périodes sans injection et celui des changements dans la fréquence d’injection. On reconnaît également l’effet délétère que l’instabilité résidentielle peut avoir sur le risque de VHC, bien que les mécanismes sous-jacents soient mal compris. Cette thèse s’intéresse à l’effet des variations temporelles de l’injection sur le risque de VHC, et à la manière dont la fréquence d’injection évolue en concomitance avec les conditions résidentielles dans le temps, afin d’aider au développement de nouvelles stratégies de prévention du VHC. Les données ont été recueillies entre mars 2011 et juin 2016 dans la Hepatitis Cohort, une cohorte de PUDI suivies trimestriellement à Montréal, au Québec. Une première analyse a évalué l’effet des périodes sans injection de trois mois ou moins sur le risque de VHC sur 916 personnes-années de suivi, par régression de Cox (N=372). Celle-ci suggère que les PUDI présentant des périodes sans injection courtes (3/3 mois sans injection) et sporadiques (1/3 ou 2/3 mois sans injection) sont respectivement 76% et 44% moins à risque de VHC que celles s’injectant de manière persistante (0/3 mois sans injection). Une deuxième analyse a utilisé la modélisation de trajectoires fondée sur le groupement pour identifier cinq types distincts de trajectoires de fréquence d’injection suivies sur une année, lesquels ont ensuite été comparés en termes d’incidence du VHC sur des périodes de suivi allant de 71 à 355 personnes-années (N=386). Les résultats suggèrent que les PUDI dont la fréquence reste élevée (injection fréquente) ou change dans le temps (croissante, décroissante) sont à plus haut risque de VHC que celles s’injectant à basse fréquence (sporadique, peu fréquente). Une dernière analyse a identifié trois types de trajectoires de stabilité résidentielle suivies sur un an (persistance, déclin, amélioration; N=386), lesquels ont été évalués en association avec les trajectoires de fréquence d’injection suivies simultanément. Les résultats suggèrent qu’il existe un lien entre l’amélioration des conditions résidentielles et la diminution de la fréquence d’injection, mais aussi que la probabilité d’injection à fréquence croissante est plus élevée chez les PUDI maintenant des conditions résidentielles stables que celles chez qui elles s’améliorent. Collectivement, les résultats ont de nombreuses implications en termes de prévention du VHC. Cliniquement, l’instabilité de la fréquence d’injection semble être un facteur de risque à monitorer régulièrement. En termes de santé publique, les interventions favorisant l’engagement dans des périodes sans injection ou le maintien d’une basse fréquence d’injection pourraient être prometteuses. Enfin, les stratégies visant l’amélioration des conditions résidentielles pourraient éventuellement aider les PUDI à réduire leur fréquence d’injection, mais être insuffisantes pour maintenir celle-ci à basse fréquence une fois la stabilité atteinte. / The majority of people who inject drugs (PWID) will become infected with hepatitis C virus (HCV), placing them at risk of serious and sometimes fatal liver complications. Injecting behaviours with higher risk of HCV transmission include injecting equipment sharing and high frequency injecting. One factor that has been overlooked when assessing HCV acquisition risk is the dynamic aspect of drug injecting, i.e., how drug injecting varies over time, including the role of injecting cessation episodes and that of changes in injecting frequency. Moreover, there is growing recognition of the deleterious effect unstable housing can have on HCV acquisition risk, although the underlying mechanisms are not yet fully understood. This thesis examines how temporal variations in drug injecting relate to HCV acquisition risk and further explores how housing conditions and injecting frequency evolve together over time, for the purposes of contributing to the development of novel HCV prevention strategies. Data were collected between March 2011 and June 2016 in the Hepatitis Cohort, a prospective cohort study of PWID interviewed and tested for HCV infection at three-monthly intervals in Montréal, Québec. A first analysis examined the effect of injecting cessation episodes of three months or less on the risk of contracting HCV during 916 person-years of follow-up, using Cox regression (N=372). Results suggest that PWID with short injecting cessation episodes (3/3 months without injecting) or sporadic injecting cessation episodes (1/3 or 2/3 months without injecting) are 76% and 44% less at risk of contracting HCV than those with persistent injecting (0/3 months without injecting), respectively. A second analysis used group-based trajectory modeling to identify five distinct types of one-year injecting frequency trajectories and compared these in terms of HCV incidence over follow-up periods ranging from 71 to 355 person-years (N=386). Findings suggest that PWID injecting with consistently high frequencies (frequent) or time-varying frequencies (increasing, decreasing) are at greater HCV acquisition risk compared with those maintaining low injecting frequencies (sporadic, infrequent). Finally, a third analysis identified three types of one-year housing stability trajectories (sustained, declining, improving) and examined their associations with concomitant injecting frequency trajectories (N=386). Findings suggest an association between improving housing stability and decreasing injecting frequency, but also a higher probability of increasing injecting frequency among PWID who maintain housing stability compared to those that improve it. Collectively, these findings have numerous implications for HCV prevention. Clinically, instability in injecting frequency appears to be a risk factor that should be monitored regularly. From a public health perspective, interventions that promote engagement in injecting cessation episodes or maintenance of low injecting frequency may be promising. Finally, strategies aimed to improve housing stability may help PWID to decrease their injecting frequency but may not be sufficient to help them maintain low injecting frequencies once housing stability is achieved.