Les avancées en biologie moléculaire et cellulaire des dernières décennies ont permis de redéfinir le rôle de l’ARN au sein des cellules de tous les domaines du vivant. Initialement cantonné dans un rôle de support transitoire de l’information génétique du génome (ADN) en direction des effecteurs ou molécules actives (protéines et métabolites), l’ARN est maintenant associé à toutes les sphères de la biologie. Les molécules d’ARN peuvent agir autant comme génome (virus), comme molécules adaptatrices (ARNt), comme messager de l’information génétique (ARNm), comme enzyme (ribozyme) ou encore comme molécules régulatrices en cis (riboswitch) ou en trans (miARN). Nous savons aussi que la grande majorité du génome des cellules eucaryotes est transcrite à un moment ou un autre. Ces implications de l’ARN en font une cible de choix pour la recherche en génomique fonctionnelle, ainsi que pour des applications thérapeutiques. C’est pourquoi, depuis la découverte des ARN catalytiques et de l’interférence à l’ARN, beaucoup d’efforts ont été consacrés pour développer un éventail d’outils moléculaires permettant d’inhiber l’expression de gènes d’intérêt. Le défi qui se dessine aujourd’hui est le développement d’outils plus spécifiques et plus efficaces, entre autres parce que la variété d’ARN qu’un inhibiteur peut rencontrer est beaucoup plus grande qu’initialement estimée. De plus, les données recueillies lors d’essais cliniques montrent la nécessité de combiner un très grand potentiel avec une spécificité accrue. Les travaux de cette thèse se concentrent sur un outil moléculaire qui a le potentiel de répondre positivement à ce défi : le ribozyme SOFA-HDV. Mon projet de recherche visait à démontrer le potentiel de cet ARN catalytique pour le ciblage de gènes in cellulo et de développer son application. Tout d’abord, j’ai démontré que le ribozyme SOFA-HDV pouvait être utilisé pour inhiber la fonction d’un ARN in cellulo. Cette étude a également mis en évidence l’usage de ce ribozyme comme agent antiviral, avec le virus de l’hépatite C comme modèle. Le développement de nouvelles thérapies plus performantes avec peu d’effets secondaires demeure un enjeu important. Au moment de publier ces travaux, en plus d’être le premier exemple exhaustif de l’utilisation du ribozyme SOFA-HDV in cellulo, notre étude contenait le plus grand nombre de ribozymes jamais testés contre le VHC en une seule publication. Bien que modeste, l’effet observé démontre que ce ribozyme peut inhiber la réplication d’un virus dans un modèle in cellulo. Nos résultats exposent aussi la différence d’accessibilité entre les ARN de polarités positive et négative du VHC in cellulo. Par la suite, j’ai participé au développement de ribozymes SOFA-HDV ciblant le virus de l'immunodéficience humaine (VIH) dans le cadre d’une collaboration. Parmi les ribozymes testés, nous en avons identifié un dont l’activité catalytique réduit la réplication du VIH de plus de 50 % dans un modèle cellulaire. Dans le cadre de cette étude, nous avons identifié un site hautement favorable pour le ciblage par un ribozyme SOFA-HDV ou par un shARN. Des données suggèrent aussi une spécificité élevée du ribozyme SOFA-HDV. Des tests d’inhibition avec différentes souches du VIH montrent que l’activité du ribozyme est affectée avec un seul mésappariement entre le biosenseur (élément du module SOFA resposable de reconnaissance du substrat) et son site de liaison. Finalement, dans un esprit d’intégration des connaissances recueillies au fil des différents projets impliquant le ribozyme SOFA-HDV, je me suis intéressé à leur processus de sélection pour le ciblage génique. J’ai démontré l’impact de la séquence du biosenseur sur l’activité du ribozyme. J’ai également illustré l’autocoupure possible lorsque la séquence du biosenseur crée un prolongement du bloqueur (élément du module SOFA agissant comme verrou) ainsi que l’impact de la structure du substrat autant au niveau des sites de liaison du domaine de reconnaissance que du biosenseur. Ces nouveaux éléments combinés aux données antérieures sur le ribozyme HDV original m’ont permis d’élaborer une marche à suivre pour la présélection des ribozymes SOFA-HDV selon leur potentiel comme ciseaux moléculaires. En conclusion, ces travaux ont contribué à mettre de l’avant le potentiel du ribozyme SOFA-HDV pour des applications de ciblage de gènes, plus particulièrement pour des cibles virales. De ce fait, il existe maintenant des exemples concrets de l’utilisation de ce ribozyme en cellules humaines. Tout indique que la spécificité du module SOFA est préservée in cellulo et serait avantageusement comparable à d’autres technologies. Globalement, cette thèse devrait rendre l’utilisation du ribozyme SOFA-HDV plus accessible et favoriser son développement comme outil moléculaire.

Les virus de l'Immunodéficience Humaine de type 1 et 2 (HIV-1 et HIV-2) et de l'Hépatite B (HBV) représentent un intérêt particulier en santé publique. En effet, on estime à plus de 33 millions le nombre de personnes infectées par le virus HIV dans le monde et 360 millions par HBV. La transcriptase inverse (RT) est une enzyme nécessaire à leur réplication et constitue donc une cible majeure des drogues antivirales. Parmi les NRTI commercialisés, les analogues de nucleotides de type phosphonates acyclique, comme l'Adefovir (HEPSERA®, Gilead) et le Tenofovir (VIREAD®, Gilead) sous forme prodrogue, ont révolutionné les traitements contre les virus HBV et HIV. Devant l'emmergence de virus résistants, il est urgent de développer de nouveaux antiviraux plus puissants et surtout actifs sur ces souches afin d'optimiser les multithérapies antivirales. Dans ce but, nous avons conçu des analogues thiophosphonates dérivés de l'Adefovir (PMEA) et du Tenofovir (PMPA), non toxiques pour la cellules et actifs contre HIV-1, HIV-2 et HBV en culture de cellules infectées. Ces composés, baptisés Adethiovir et Tenothiovir, ont été synthétisés selon une méthode originale et ont fait l'objet d'un dépôt de brevet. Nous avons synthétisé les formes diphosphates correspondantes : incorporés par la RT, terminateurs de chaîne, ils contournent la résistance associée au mutant K65R. Notre objectif est donc de les pousser plus loin dans le « pipe-line » du développement de médicaments antiviraux. / The Human Immunodeficiency Virus type 1 and type 2 (HIV-1 and HIV-2) and Hepatitis B (HBV) constitue a special interest in public health. Indeed, it is estimated that more than 33 million people infected with HIV worldwide and 360 million with HBV. Reverse transcriptase (RT) is an enzyme required for their replication and is therefore a key target for antiviral drugs. Among the NRTI marketed, nucleotide analogues like acyclic phosphonates, such as adefovir (Hepsera ®, Gilead) and Tenofovir (VIREAD ®, Gilead) as a prodrug form, have revolutionized the treatment against HBV and HIV. With the emmergence of resistant virus, there is a need to develop new antiviral compounds that are targetting especially these to optimize antiviral combination therapies. For this purpose, we designed analogues thiophosphonates derivatives Adefovir (PMEA) and tenofovir (PMPA), that are non-toxic in cells and active against HIV-1, HBV and HIV-2 infected cell cultures. These compounds, named Adethiovir Tenothiovir, were synthesized according to an original method and were the subject of a patent. We synthesized the corresponding diphosphates forms: incorporated by RT, chain terminators, they bypass the resistance associated with the K65R mutant. Our goal is to push them further in the "pipeline" development of antiviral drugs.

L’infection au VIH a plusieurs effets délétères, dont la dérégulation du compartiment des lymphocytes B. Cette dérégulation s’installe rapidement après l’infection et perdure au-delà de la thérapie antirétrovirale, pouvant mener à diverses maladies auto-immunes ainsi qu’à des lymphomes. Chez les individus atteints du VIH, cette dérégulation mène à l’augmentation de la fréquence des cellules B précurseurs de la zone marginale (MZ) dans le sang ainsi qu’à leur production d’IL-10, à l’augmentation du B-cell activating factor (BAFF), et à l’hyperglobulinémie. De plus, Nef a été détecté dans le sérum et dans les cellules dendritiques des patients infectés, les niveaux de Nef des patients corrélant avec leurs niveaux de BAFF. L’analyse d’un RNAseq effectué sur des cellules B MZ précurseurs démontre la diminution hautement significative d’expression des NR4As et de CD83 chez les patients VIH+ progresseurs comparativement aux contrôles VIH- et aux élites contrôleurs. Notre équipe a d’ailleurs démontré le potentiel et la fonction Breg associés à l’expression des NR4As et CD83 chez les cellules B MZ précurseurs du sang et d’amygdales. Aussi, la majorité de cette population co-exprime CD73 et CD39, molécules impliquées dans la synthèse de l’adénosine, cette dernière ayant un contrôle sur l’expression des NR4As. Nous voulions donc étudier l’effet de niveaux élevés de BAFF et de Nef sur la modulation de l’expression des NR4As, de CD83, CD73 et CD39 chez les cellules B MZ d'amygdales et l’effet de la déhydroergotamine (DHE) sur ce modèle, des études ayant déjà illustré sa modulation positive des NR4As. Nous étions aussi intéressés par la production d’IL-10 par ces cellules B MZ ainsi que l’effet de Nef sur son expression. Nous avons trouvé qu’après incubation avec BAFF et Nef, l’expression de NR4A1 et de CD83 était souvent plus basse qu’après une incubation avec BAFF seul qui semblait augmenter l’expression de ces dernières, ce qui concorde avec les résultats du RNAseq mentionné plus haut. Après une incubation avec Nef seul, l’expression des NR4As et de CD83 est similaire à l’expression mesurée après une incubation sans traitement, mais certains patients ont démontré une diminution légère de l’expression de ces molécules, chose normale puisque les échantillons contenaient tous des niveaux basaux de BAFF. De plus, nos résultats démontrent que le DHE augmente l’expression de NR4A1 et 3 après que leur expression ait été diminuée par Nef et son effet semble être plus important au niveau des cellules B MZ et MZ précurseurs. Ces résultats suggèrent l’utilité du DHE pour la diminution des niveaux inflammatoires chez les individus atteints du VIH, les NR4As ayant un rôle anti-inflammatoire par la diminution des fréquences de NFkB, molécule modulée positivement par Nef. Nous avons remarqué que les populations exprimant IL-10 co-expriment principalement CD10. L’effet de Nef n’a malheureusement pas été remarqué sur l’expression d’IL-10, d’autres études étant nécessaires avec nos populations d’amygdales. Bref, nos résultats suggèrent l’utilité d’agents thérapeutiques ciblant les NR4As en addition à la thérapie antirétrovirale, leur modulation chez les lymphocytes B MZ et MZ précurseurs pouvant être un aspect clé du contrôle des niveaux inflammatoires chez les individus atteints du VIH. / HIV infection is accompanied by many deleterious effects, including B cell dysfunction. This dysfunction begins rapidly after infection and persists throughout the course of infection, without being fully restored by antiretroviral therapy. These alterations can lead to lymphomas and a multitude of auto-immune diseases. In people living with HIV, B-cell deregulation leads to an increase in “precursor-like” marginal zone (MZ) B cell frequency and their secretion of IL-10, to an increase in B-cell activating factor (BAFF), and to hyperglobulinemia. In addition, Nef has been detected in the serum and dendritic cells of infected individuals, its levels correlating with BAFF levels in affected patients. The analysis of an RNA-seq performed on precursor-like MZ B cells indicated a highly significant drop in NR4A1-3 and CD83 levels in HIV+ progressors compared to HIV- controls and HIV+ elite controllers. In fact, our team has previously demonstrated regulatory “Breg” potential associated to NR4A and CD83 expression in blood and tonsil precursor-like MZ B cells. The majority of this population also co-expresses CD73 and CD39, molecules involved in adenosine synthesis, adenosine being a regulator of NR4A expression. Therefore, we wanted to study the effects of BAFF and Nef on the modulation of NR4A, CD83, CD73 and CD39 expression in tonsil MZ B cells as well as the effect of dihydroergotamine (DHE) on this model, studies having already shown its positive modulation on the NR4As. We were also interested in the effects of Nef on IL-10 production by MZ B cells. We found that after incubation with BAFF and Nef, NR4A1 and CD83 expression was often lower than after an incubation with BAFF only, which seemed to increase their expression. This corresponds with the results of the RNA-seq mentioned above. After incubation with Nef alone, NR4A and CD83 expression is similar to the expression levels found after incubation without treatment. Some patients did demonstrate a slight decrease in the expression of these molecules, a normal observation considering all samples contain a basal level of BAFF. In addition, our results demonstrate that DHE increases NR4A1 and NR4A3 levels after their expression is initially decreased iv by Nef, and its effect seems more significant in MZ and precursor-like MZ B cells. These results suggest the usefulness of DHE for the reduction of inflammatory levels in individuals living with HIV, the NR4As having an anti-inflammatory role by decreasing the frequency of NFkB, a molecule positively modulated by Nef. Furthermore, we noted the populations expressing IL-10 mainly co-express CD10. Unfortunately, Nef’s previously reported effect on IL-10 expression was not noticed, indicating the need for further studies using our tonsil samples. In conclusion, our results suggest the value of therapeutic agents targeting NR4As in addition to antiretroviral therapy, their modulation of MZ and precursor-like MZ B cells possibly being the key to controlling inflammatory levels in individuals living with HIV.

This research project aimed to conduct a strategic analysis of the implementation of a supervised injecting facility (SIF) in Montérégie. Using a mixed design, we first completed a portrait of the injection drug user (IDU) population. We then explored the perceptions of IDU and stakeholders with regard to the relevance of implementing a SIF in the region. Although some similarities were found with the IDU populations of Montreal and the province of Quebec, this population in Montérégie is characterized by a lower frequency of injections in public, less homeless people and lower rates of HIV and HCV infections. Despite these differences, the IDU population in Montérégie was found to have important physical and psychosocial needs. Although the relevance of a SIF in Montérégie is undeniable, improvements regarding the accessibility, continuity and appreciation of the actual services dedicated to IDU remain a priority. / Ce projet de recherche visait à réaliser une analyse stratégique de l’implantation d’un service d’injection supervisée (SIS) en Montérégie. Utilisant un devis mixte, son premier volet consistait à tracer un portrait de la population usagère de drogues par injection (UDI) montérégienne, alors que le second explorait les perceptions des UDI et des acteurs stratégiques œuvrant auprès d’eux quant à l’implantation d’un SIS dans la région. Bien que similaire aux populations UDI montréalaise et du Québec, celle de la Montérégie s’en distingue par le fait qu’elle s’injecte moins souvent dans des lieux publics, qu’elle soit sans domicile fixe à moindre proportion et par ses taux inférieurs d’infection au VIH et au VHC. Elle présente toutefois des besoins physiques et psychosociaux importants. Bien qu’un SIS soit jugé pertinent en Montérégie, une amélioration de l’accessibilité, de la continuité et de l’appréciation de l’offre de services actuelle dédiés aux UDI est considérée comme prioritaire.

Le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1) est responsable du syndrome de l’immunodéficience acquise (SIDA). Il faut identifier de nouvelles cibles pour le développement d’agents anti-VIH-1, car ce virus développe une résistance aux agents présentement utilisés. Notre but est d’approfondir la caractérisation de l’étape du changement de cadre de lecture ribosomique en -1 (déphasage -1) nécessaire à la production du précurseur des enzymes du VIH-1. Ce déphasage est programmé et effectué par une minorité de ribosomes lorsqu’ils traduisent la séquence dite glissante à un endroit spécifique de l’ARN messager (ARNm) pleine-longueur du VIH-1. L’efficacité de déphasage est contrôlée par le signal stimulateur de déphasage (SSF), une tige-boucle irrégulière située en aval de la séquence glissante. La structure du SSF est déroulée lors du passage d’un ribosome, mais elle peut se reformer ensuite. Nous avons montré que des variations de l’initiation de la traduction affectent l’efficacité de déphasage. Nous avons utilisé, dans des cellules Jurkat-T et HEK 293T, un rapporteur bicistronique où les gènes codant pour les luciférases de la Renilla (Rluc) et de la luciole (Fluc) sont séparés par la région de déphasage du VIH-1. La Rluc est produite par tous les ribosomes traduisant l’ARNm rapporteur alors que la Fluc est produite uniquement par les ribosomes effectuant un déphasage. L’initiation de ce rapporteur est coiffe-dépendante, comme pour la majorité des ARNm cellulaires. Nous avons examiné l’effet de trois inhibiteurs de l’initiation et montré que leur présence augmente l’efficacité de déphasage. Nous avons ensuite étudié l’effet de la tige-boucle TAR, qui est présente à l’extrémité 5’ de tous les ARNm du VIH-1. TAR empêche la liaison de la petite sous-unité du ribosome (40S) à l’ARNm et module aussi l’activité de la protéine kinase dépendante de l’ARN double-brin (PKR). L’activation de PKR inhibe l’initiation en phosphorylant le facteur d’initiation eucaryote 2 (eIF2) alors que l’inhibition de PKR a l’effet inverse. Nous avons étudié l’effet de TAR sur la traduction et le déphasage via son effet sur PKR en utilisant TAR en trans ou en cis, mais à une certaine distance de l’extrémité 5’ afin d’éviter l’interférence avec la liaison de la 40S. Nous avons observé qu’une faible concentration de TAR, qui active PKR, augmente l’efficacité de déphasage alors qu’une concentration élevée de TAR, qui inhibe PKR, diminue cette efficacité. Nous avons proposé un modèle où des variations de l’initiation affectent l’efficacité de déphasage en modifiant la distance entre les ribosomes parcourant l’ARNm et, donc, la probabilité qu’ils rencontrent un SSF structuré. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de la région 5’ non traduite (UTR) de l’ARNm pleine-longueur du VIH-1 sur l’efficacité de déphasage. Cette 5’UTR contient plusieurs régions structurées, dont TAR à l’extrémité 5’, qui peut interférer avec l’initiation. Cet ARNm a une coiffe permettant une initiation coiffe-dépendante ainsi qu’un site d’entrée interne des ribosomes (IRES), permettant une initiation IRES-dépendante. Nous avons introduit cette 5’UTR, complète ou en partie, comme 5’UTR de notre ARNm rapporteur bicistronique. Nos résultats démontrent que cette 5’UTR complète inhibe l’initiation coiffe dépendante et augmente l’efficacité de déphasage et que ces effets sont dus à la présence de TAR suivie de la tige-boucle Poly(A). Nous avons aussi construit un rapporteur tricistronique où les ribosomes exprimant les luciférases utilisent obligatoirement l’IRES. Nous avons observé que cette initiation par l’IRES est faible et que l’efficacité de déphasage correspondante est également faible. Nous avons formulé une hypothèse pour expliquer cette situation. Nous avons également observé que lorsque les deux modes d’initiation sont disponibles, l’initiation coiffe dépendante est prédominante. Finalement, nous avons étudié l’effet de la protéine virale Tat sur l’initiation de la traduction et sur l’efficacité de déphasage. Nous avons montré qu’elle augmente l’initiation de la traduction et que son effet est plus prononcé lorsque TAR est située à l’extrémité 5’ des ARNm. Nous proposons un modèle expliquant les effets de Tat sur l’initiation de la traduction par l’inhibition de PKR ainsi que par des changements de l’expression de protéines cellulaires déroulant TAR. Ces résultats permettent de mieux comprendre les mécanismes régissant le déphasage du VIH-1, ce qui est essentiel pour le développement d’agents anti-déphasage. / The human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) is responsible for the acquired immune deficiency syndrome (AIDS). HIV-1 develops a resistance towards the inhibitors used to treat infected patients. It is thus important to identify new targets for the development of novel antiretroviral agents. The aim of our work was to better characterize the programmed -1 ribosomal frameshift which generates the precursor of HIV-1 enzymes. The frameshift occurs at a specific sequence of HIV-1 full-length messenger RNA (mRNA), the slippery sequence, and is performed by a minority of the ribosomes translating this mRNA. The frameshift efficiency is controlled by the frameshift stimulatory signal (FSS), an irregular stem-loop located downstream of the slippery sequence. FSS structure is unfolded by every ribosome translating this region and can refold afterwards. We showed that HIV-1 frameshift efficiency is affected by changes in the rate of translation initiation. We transfected Jurkat-T and HEK 293T cells with a bicistronic reporter that contains the frameshift region of HIV-1 between the Renilla luciferase (Rluc) and the firefly luciferase (Fluc) genes. Rluc is produced by all ribosomes translating this reporter whereas only ribosomes that make a –1 frameshift produce Fluc. The translation of the reporter is initiated via a cap-dependant mode, like the majority of cellular mRNAs. We first determined the effect of three inhibitors of translation initiation. We showed that their presence increases the frameshift efficiency. We next determined the impact of the TAR stem loop, which is located at the 5’end of every HIV-1 mRNA. TAR is known to impair the binding of the small subunit of the ribosome (40S) to the mRNA. TAR also modulates the activity of the double-stranded RNA-dependent protein kinase (PKR). When PKR is activated, it phosphorylates the eukaryotic initiation factor 2 (eIF2), inhibiting translation initiation. The inhibition of PKR has the opposite effect. We studied the effect of TAR on PKR by positioning TAR at a distance of the 5’ end where it cannot interfere with the binding of the 40S. Our results showed that a small amount of TAR, which activates PKR, increases the frameshift efficiency whereas a large amount of TAR, which inhibits PKR, decreases it. A model is presented where the variations of translation initiation modulate HIV-1 frameshift efficiency by altering the distance between the elongating ribosomes. This influences the probability that these ribosomes encounter or not a folded FSS. We next observed the effect of the 5’ untranslated region (UTR) of HIV-1 full length mRNA on its frameshift efficiency. This 5’UTR contains several structured parts, including TAR at the 5’end, which can inhibit translation initiation. This mRNA has a cap and an internal ribosome entry site (IRES) and could then use a cap dependent and an IRES-dependent mode of translation initiation. We replaced the 5’UTR of our bicistronic reporter mRNA by the complete 5’UTR of HIV-1 full-length mRNA or a part of it. Our results showed that the presence of the complete 5’UTR inhibits cap-dependent initiation of translation and increases the frameshift efficiency. Those effects are mostly due to the presence of TAR followed by a Poly(A) stem-loop. We also constructed a tricistronic reporter where the ribosomes translating the luciferases have to use an IRES-dependent initiation mode. The rate of this initiation was low and the frameshift efficiency obtained was also low. We proposed a hypothesis accounting for this situation. We also observed that when both initiation modes are available, the cap-dependent mode seems to be highly favored. Finally, we studied the impact of the Tat viral protein on translation initiation and frameshift efficiency. We showed that the presence of Tat increases translation initiation and decreases the frameshift efficiency. Those effects are more important when TAR is present at the 5’end of mRNA. We propose a model explaining the effects of Tat on translation initiation by the inhibition of PKR and by changes in the expression of cellular proteins that are able to unfold TAR. Our results allow us to better understand the mechanisms controlling HIV-1 frameshift, which will help in the development of drugs targeting the HIV-1 frameshift.

Le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1) est responsable du syndrome de l’immunodéficience acquise (SIDA). Il faut identifier de nouvelles cibles pour le développement d’agents anti-VIH-1, car ce virus développe une résistance aux agents présentement utilisés. Notre but est d’approfondir la caractérisation de l’étape du changement de cadre de lecture ribosomique en -1 (déphasage -1) nécessaire à la production du précurseur des enzymes du VIH-1. Ce déphasage est programmé et effectué par une minorité de ribosomes lorsqu’ils traduisent la séquence dite glissante à un endroit spécifique de l’ARN messager (ARNm) pleine-longueur du VIH-1. L’efficacité de déphasage est contrôlée par le signal stimulateur de déphasage (SSF), une tige-boucle irrégulière située en aval de la séquence glissante. La structure du SSF est déroulée lors du passage d’un ribosome, mais elle peut se reformer ensuite. Nous avons montré que des variations de l’initiation de la traduction affectent l’efficacité de déphasage. Nous avons utilisé, dans des cellules Jurkat-T et HEK 293T, un rapporteur bicistronique où les gènes codant pour les luciférases de la Renilla (Rluc) et de la luciole (Fluc) sont séparés par la région de déphasage du VIH-1. La Rluc est produite par tous les ribosomes traduisant l’ARNm rapporteur alors que la Fluc est produite uniquement par les ribosomes effectuant un déphasage. L’initiation de ce rapporteur est coiffe-dépendante, comme pour la majorité des ARNm cellulaires. Nous avons examiné l’effet de trois inhibiteurs de l’initiation et montré que leur présence augmente l’efficacité de déphasage. Nous avons ensuite étudié l’effet de la tige-boucle TAR, qui est présente à l’extrémité 5’ de tous les ARNm du VIH-1. TAR empêche la liaison de la petite sous-unité du ribosome (40S) à l’ARNm et module aussi l’activité de la protéine kinase dépendante de l’ARN double-brin (PKR). L’activation de PKR inhibe l’initiation en phosphorylant le facteur d’initiation eucaryote 2 (eIF2) alors que l’inhibition de PKR a l’effet inverse. Nous avons étudié l’effet de TAR sur la traduction et le déphasage via son effet sur PKR en utilisant TAR en trans ou en cis, mais à une certaine distance de l’extrémité 5’ afin d’éviter l’interférence avec la liaison de la 40S. Nous avons observé qu’une faible concentration de TAR, qui active PKR, augmente l’efficacité de déphasage alors qu’une concentration élevée de TAR, qui inhibe PKR, diminue cette efficacité. Nous avons proposé un modèle où des variations de l’initiation affectent l’efficacité de déphasage en modifiant la distance entre les ribosomes parcourant l’ARNm et, donc, la probabilité qu’ils rencontrent un SSF structuré. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de la région 5’ non traduite (UTR) de l’ARNm pleine-longueur du VIH-1 sur l’efficacité de déphasage. Cette 5’UTR contient plusieurs régions structurées, dont TAR à l’extrémité 5’, qui peut interférer avec l’initiation. Cet ARNm a une coiffe permettant une initiation coiffe-dépendante ainsi qu’un site d’entrée interne des ribosomes (IRES), permettant une initiation IRES-dépendante. Nous avons introduit cette 5’UTR, complète ou en partie, comme 5’UTR de notre ARNm rapporteur bicistronique. Nos résultats démontrent que cette 5’UTR complète inhibe l’initiation coiffe dépendante et augmente l’efficacité de déphasage et que ces effets sont dus à la présence de TAR suivie de la tige-boucle Poly(A). Nous avons aussi construit un rapporteur tricistronique où les ribosomes exprimant les luciférases utilisent obligatoirement l’IRES. Nous avons observé que cette initiation par l’IRES est faible et que l’efficacité de déphasage correspondante est également faible. Nous avons formulé une hypothèse pour expliquer cette situation. Nous avons également observé que lorsque les deux modes d’initiation sont disponibles, l’initiation coiffe dépendante est prédominante. Finalement, nous avons étudié l’effet de la protéine virale Tat sur l’initiation de la traduction et sur l’efficacité de déphasage. Nous avons montré qu’elle augmente l’initiation de la traduction et que son effet est plus prononcé lorsque TAR est située à l’extrémité 5’ des ARNm. Nous proposons un modèle expliquant les effets de Tat sur l’initiation de la traduction par l’inhibition de PKR ainsi que par des changements de l’expression de protéines cellulaires déroulant TAR. Ces résultats permettent de mieux comprendre les mécanismes régissant le déphasage du VIH-1, ce qui est essentiel pour le développement d’agents anti-déphasage. / The human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) is responsible for the acquired immune deficiency syndrome (AIDS). HIV-1 develops a resistance towards the inhibitors used to treat infected patients. It is thus important to identify new targets for the development of novel antiretroviral agents. The aim of our work was to better characterize the programmed -1 ribosomal frameshift which generates the precursor of HIV-1 enzymes. The frameshift occurs at a specific sequence of HIV-1 full-length messenger RNA (mRNA), the slippery sequence, and is performed by a minority of the ribosomes translating this mRNA. The frameshift efficiency is controlled by the frameshift stimulatory signal (FSS), an irregular stem-loop located downstream of the slippery sequence. FSS structure is unfolded by every ribosome translating this region and can refold afterwards. We showed that HIV-1 frameshift efficiency is affected by changes in the rate of translation initiation. We transfected Jurkat-T and HEK 293T cells with a bicistronic reporter that contains the frameshift region of HIV-1 between the Renilla luciferase (Rluc) and the firefly luciferase (Fluc) genes. Rluc is produced by all ribosomes translating this reporter whereas only ribosomes that make a –1 frameshift produce Fluc. The translation of the reporter is initiated via a cap-dependant mode, like the majority of cellular mRNAs. We first determined the effect of three inhibitors of translation initiation. We showed that their presence increases the frameshift efficiency. We next determined the impact of the TAR stem loop, which is located at the 5’end of every HIV-1 mRNA. TAR is known to impair the binding of the small subunit of the ribosome (40S) to the mRNA. TAR also modulates the activity of the double-stranded RNA-dependent protein kinase (PKR). When PKR is activated, it phosphorylates the eukaryotic initiation factor 2 (eIF2), inhibiting translation initiation. The inhibition of PKR has the opposite effect. We studied the effect of TAR on PKR by positioning TAR at a distance of the 5’ end where it cannot interfere with the binding of the 40S. Our results showed that a small amount of TAR, which activates PKR, increases the frameshift efficiency whereas a large amount of TAR, which inhibits PKR, decreases it. A model is presented where the variations of translation initiation modulate HIV-1 frameshift efficiency by altering the distance between the elongating ribosomes. This influences the probability that these ribosomes encounter or not a folded FSS. We next observed the effect of the 5’ untranslated region (UTR) of HIV-1 full length mRNA on its frameshift efficiency. This 5’UTR contains several structured parts, including TAR at the 5’end, which can inhibit translation initiation. This mRNA has a cap and an internal ribosome entry site (IRES) and could then use a cap dependent and an IRES-dependent mode of translation initiation. We replaced the 5’UTR of our bicistronic reporter mRNA by the complete 5’UTR of HIV-1 full-length mRNA or a part of it. Our results showed that the presence of the complete 5’UTR inhibits cap-dependent initiation of translation and increases the frameshift efficiency. Those effects are mostly due to the presence of TAR followed by a Poly(A) stem-loop. We also constructed a tricistronic reporter where the ribosomes translating the luciferases have to use an IRES-dependent initiation mode. The rate of this initiation was low and the frameshift efficiency obtained was also low. We proposed a hypothesis accounting for this situation. We also observed that when both initiation modes are available, the cap-dependent mode seems to be highly favored. Finally, we studied the impact of the Tat viral protein on translation initiation and frameshift efficiency. We showed that the presence of Tat increases translation initiation and decreases the frameshift efficiency. Those effects are more important when TAR is present at the 5’end of mRNA. We propose a model explaining the effects of Tat on translation initiation by the inhibition of PKR and by changes in the expression of cellular proteins that are able to unfold TAR. Our results allow us to better understand the mechanisms controlling HIV-1 frameshift, which will help in the development of drugs targeting the HIV-1 frameshift.

Les épithéliums muqueux se présentent comme porte d’entrée majeure du virus de l’immunodéficience humaine (VIH) et jouent un rôle critique dans la transmission sexuelle du virus. Les cellules épithéliales et les cellules dendritiques dans les muqueuses pluristratifiés, sont des cibles initiales pour la transmission virale. Il a été déjà montré, sur les muqueuses génitales chez l’homme, que la circoncision réduit plus de 60% acquisition du virus chez l’homme. Les mécanismes d’entrée du VIH au niveau du tractus génital chez l’homme sont tres mal connus et pratiquement pas étudiés. Nous avons émis l’hypothèse selon laquelle le prépuce, qui est enlevé lors de la circoncision, pourrait être une porte d’entrée majeure du virus. Nous avons d’abord montré que le VIH peut pénétrer effectivement au niveau du prépuce ex vivo, la partie interne du prépuce présente plus permissive que la partie externe. De plus, le virus pénètre uniquement dans le prépuce après formation d’une synapse virologique entre la cellule infectée, présente dans les secrétions génitales et la surface muqueuse du prépuce. La formation de la synapse virologique induit le bourgeonnement massif et polarisé de virions dans la fente synaptique; ceux ci pénètrent dans l’épiderme du prépuce. À l’inverse, l’entrée du VIH sous forme de virus libre dans le prépuce est inefficace. Nous avons ensuite caractérisé la séquence des événements initiaux mis en place lors de l’entrée du VIH dans le prépuce interne. La première cellule cible immune est la cellule de Langerhans (LCs), dont le rôle physiologique est de protéger la muqueuse contre les pathogènes qui l’envahissent. Après la capture du virus les LCs migrent vers le derme pour former des conjugués cellulaires avec les cellules T CD4+ du derme. La dynamique de migration de LCs est régulée par de sécrétion de cytokines et chimiokines (RANTEs et MIP- 3alpha) induites par la pénétration du virus dans le tissu. Nous avons ensuite caractérisé les mécanismes de l’immunité mis en jeu au niveau des kératinocytes de l’épiderme lors de la formation de la synapse virologique et évalué comment ces signaux contribuent à l’entrée efficace du virus dans la muqueuse du prépuce interne chez l’homme, ex vivo. À l’aide d’un modèle cellulaire de muqueuse simplifiée basé sur des kératinocytes primaires humains ex vivo, nous avons montré que les protéines d’enveloppe du VIH , gp120 mais pas gp41, et les molécules d’adhésion (intégrines LFA-1, leurs ligands ICAM-1 and -3) contrôlent la formation de la synapse virologique. La synapse virologique induit au niveau des kératinocytes l’activation de la voie NF- B indépendentmmment de MyD88 après activation du Toll-like-receptor 4 (TLR4) exprimé par les kératinocytes. En recherchant quelle cytokine pouvait être induite par cette signalisation, nous avons montré que la synapse virologique induit la sécrétion par les kératinocytes d’une cytokine produite par les cellules non-hématopoïétiques, la thymic stromal lymphopoietin (TSLP). La TSLP est un chemoattracteur des cellules myéloïdes comme les cellules LCs et peut induire leur maturation. Nous avons ensuite montré que, sur des explants de prépuce humain ex vivo, la synapse virologique induit bien la sécrétion de TSLP, laquelle en premier lieu attire les LCs qui expriment le TSLP-récepteur vers la surface du tissus induisant leur maturation. Les LCs peuvent ensuite migrer dans l’autre sens vers le derme. La sécrétion des cytokines comme RANTEs, MIP-3alpha, qui sont impliquées lors de la pénétration effective du virus dans les tissus n’a pas de rôle dans la signalisation induite par la formation de la synapse virologique proprement dite. Les kératinocytes de l’épiderme du prépuce interne, grâce à leur réponse innée TSLP induite par la synapse virologique ont un rôle déterminant dans l’entrée du VIH dans le prépuce. Ainsi, en réponse de la synapse virologique, les kératinocytes secrètent du TSLP après activation de la voie de NF- B dépendante de MyD88. (...) / The mucosal epitheliums are presented as a major portal of HIV-1, and play a critcal role for the sexual transmission of HIV-1. Epithelial cells, and dendritic cells in the pluristratified mucosa, are the initial targets of viral transmission. It has already been shown, in the genital mucosa in men, circumcision reduces by more than 60 % of virus acqusition by men. The entry mechanisms of HIV-1 in the male urogenital tracts are poorly understood and not pratically studied. We suggested that foreskin, removal by circumcision surgery, could be a major portal of HIV-1 entry. We first showed that HIV-1 could enter efficiently ex vivo inner foreskin mucosa, the inner part of foreskin which is more permissive than the outer part. More over, virus penetrates only after the viral synapse (VS) formation between HIV-1-infected cells and foreskin epidermis, in the presence of genital secretion on the surface of foreskin mucosa. The formation of VS induces massive and polarized budding of HIV-1 particles within the synaptic cleft. The virions therefore penetrate into the foreskin epidermis. Inversely, cell-free virus entry is inefficient in the foreskin. Next, we characterized the initial events of HIV-1 VS formation in the inner foreskin. The first cell type that HIV-1 encounters is Langerhans cells (LCs), whose physiological role is to protect the mucosa against invasive pathogens. After capture of virus, LC migrates towards the dermis to form intercellular conjugates with dermal CD4+ T cells. The dynamic of LC migraiton is regulated by the secretion of cytokines in the mucosa, induced by HIV-1 entry, including RANTEs and MIP-3alpha. We then characterized the mechanisms of foreskin epidermal keratinocyte (KC), activated innate immunity during the VS formation and the signaling pathway contributed to the efficient entry of HIV-1 via inner foreskin mucosa. Using a simplified mucosal model based on human primary foreskin keratinocytes, we demonstrated that HIV-1 envelope protein, gp120, but not gp41 and the adhesion molecules (integrins LFA-1, ICAM-1/-3), contribute to the VS formation. VS induces at the KC level the activation of NF- B pathway by I B and p65 molecules, after activation of TLR4 expressed on KCs. By searching for which cytokine could be induced by this signalisation, we then showed that VS induced the secretion by KC of one cytokine, which is produced by the non-hematopoetic cells, thymic stromal lymphopoietin (TSLP). TSLP is an chemoattractant for myeloid cells like LCs, and could induce LC maturation. We then showed, using the foreskin explants that, VS induces the secretion of TSLP, which first attracts LC expressing constitutively TSLP receptors to the apical surface of foreskin, inducing its maturation. These matured LCs then migrate to another direction towards the dermis. The secretion of cytokines such as RANTEs and MIP-3alpha, involved in the HIV-1 efficient entry has no roles in the signaling induced by VS formation as mentioned above. The Inner foreskin keratinocytes, due to the innate response of TSLP induced by VS, have a determinant role in the HIV-1 entry into the foreskin. Likewise, in response to VS, KCs secrete TSLP after NF- B activation dependent on regulator MyD88. The secreted TSLP, in addition to four different proinflammatory cytokines and chemokines (IL-6, IL-8, MIG, and MMP-9) allows virus to attract LCs to the foreskin surface, to capture the virus present in the synaptic cleft in order to facilite efficient transmission at the level of foreskin mucosa. Likely to the conventional immune cells, KCs, in one hand protects the foreskin mucosa and in another, is hijacked to facilitate HIV-1 transmission.

Le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1) est l’agent étiologique du SIDA, un rétrovirus complexe encodant les protéines accessoires : Nef, Vif, Vpr et Vpu. La fonction principale de ces protéines est de moduler l’environnement cellulaire afin de promouvoir la réplication virale. Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la protéine virale Vpr, une protéine bien connue pour son activité d’arrêt du cycle cellulaire en phase G2/M dans les cellules en division et pour l’avantage réplicatif qu’elle confère au virus durant l’infection de cellules myéloïdes. Les évènements sous-jacents à ces deux activités restent pour l’heure mal compris. Le but des travaux regroupés dans cet ouvrage est d’identifier de nouveaux facteurs cellulaires pouvant éventuellement expliquer les activités de Vpr précédemment décrites. Pour ce faire, nous avons utilisé une approche d’identification des partenaires de proximité par biotinylation, appelée BioID. L’avantage du BioID est de permettre un marquage in cellulo des protéines à proximité de la protéine d’intérêt. La mise en place et la caractérisation de cette approche font l’objet de la première section de cette thèse. En utilisant cette approche, nous avons défini un réseau de 352 partenaires cellulaires de la protéine Vpr. Parmi ces partenaires de Vpr, plusieurs sont organisés sous forme de complexes ou réseaux protéiques incluant notamment le complexe promoteur de l’anaphase/cyclosome (APC/C) et les centrosomes. Étant donné que le complexe APC/C est l’un des principaux régulateurs du cycle cellulaire, nous avons décidé d’analyser sa relation avec Vpr. Nous avons découvert que Vpr formait un complexe non seulement avec APC1, une sous-unité essentielle du complexe APC/C, mais aussi avec les coactivateurs (CDH1 et CDC20) de ce complexe. Nous avons par la suite démontré que Vpr induisait la dégradation d’APC1 et que celle-ci pouvait être prévenue par une double-mutation N28S-G41N de Vpr. Cette dégradation d’APC1 ne semblerait pas être reliée aux activités précédemment décrites de Vpr. Ces travaux font l’objet de la seconde section de cette thèse. Enfin, dans une troisième section, des travaux effectués en collaboration et analysant la relation entre les centrosomes et Vpr sont présentés. Cette thèse identifie 200 nouveaux partenaires de Vpr, ouvrant la porte à l’exploration de nouvelles cibles et activités de Vpr. Elle décrit également une nouvelle cible de Vpr : le complexe APC/C. Globalement nos résultats contribuent à une meilleure compréhension de la façon dont le VIH-1 manipule l’environnement cellulaire de l’hôte à travers la protéine virale Vpr. / Human immunodeficiency virus (HIV-1) is the AIDS causal agent. This complex retrovirus encodes several accessory proteins; namely Nef, Vif, Vpr and Vpu; whose functions are to manipulate the cellular host environment in order to favor HIV-1 viral replication. This thesis focused on Vpr whose main activities are to induce a cell cycle arrest in the G2/M phase in dividing cells and to provide a replicative advantage to HIV-1 during infection of myeloid cells such as macrophages. The cellular mechanisms underlying these two activities are up to now misunderstood. The main goal of the work presented in this thesis is to identify new cellular factors that could potentially explain the previously described Vpr activities. To do so, we used the proximity labelling approach called BioID. The main strength of BioID is to tag in cellulo partners of the protein of interest. The development as well as optimization of the BioID approach is presented in the thesis first section. Using BioID, we defined a network containing 352 cellular partners in close proximity with the viral protein Vpr. Amongst these cellular partners, several were organized into protein complexes or networks such as the anaphase promoting complex/cyclosome (APC/C) or the centrosome. Given that APC/C is a cell cycle master-regulator, we analyzed the interplay governing Vpr and APC/C interactions. We first demonstrated that Vpr could form a complex containing the scaffolding subunit APC1. APC/C coactivators, namely CDH1 and CDC20, could also be found in association with Vpr. We next showed that Vpr was inducing APC1 degradation and that Vpr residues N28 and G41 were essential to this activity. Surprisingly, the APC1-Vpr interplay does not relate to previously described Vpr activities. This work is presented in the second section of this thesis. Lastly, in the third section, a work done in collaboration analyzed the interplay between Vpr and the centrosomes. In this thesis we identified 200 new potential partners of Vpr, opening the doors to discover novel Vpr targets and activities. This thesis also defined APC/C as new Vpr target. Taken together our results allow a better understanding on how HIV-1 modulates the cellular environment by using the viral accessory protein Vpr.

Objectif : Étudier l'association entre l’utilisation de contraceptifs hormonaux et le risque d'acquisition du VIH-1 chez les femmes au Malawi, en Afrique du Sud, en Zambie et au Zimbabwe. Devis : Analyses secondaires de 2887 femmes âgées de 17-55 ans ayant participé à l’étude HPTN 035, une étude de phase II/IIb sur l’efficacité de deux gels microbicides pour prévenir la transmission du VIH chez les femmes à risque. Méthodes : L'association entre l'utilisation de contraceptifs hormonaux et le risque d'acquisition du VIH-1 a été évaluée en utilisant des modèles de Cox. Des risques relatifs sont estimés où le groupe de référence est celui des femmes qui n’utilisent pas de contraceptifs hormonaux. De plus, un modèle multivarié de Cox est utilisé afin de contrôler pour les facteurs potentiellement confondants. Résultats : Les contraceptifs injectables ont été utilisés par 52,1% des femmes, alors que les contraceptifs oraux ont été utilisés par 20,7% de celles-ci. Pendant l'étude, il y a eu 192 séroconversions. L'incidence observée du VIH était de 2,28; 4,19 et 4,69 pour 100 personne-années pour les contraceptifs oraux, injectables et non hormonaux, respectivement. Lors de l’analyse multivariée, nous n'avons trouvé aucune association significative entre l’usage des contraceptifs hormonaux et l’acquisition du VIH-1. Le risque relatif ajusté (RRa) pour les contraceptifs oraux est de 0,573 (IC de 95% : [0,31-1,06]) et 0,981 (IC de 95% : [0,69 ; 1,39]) pour les contraceptifs injectables. Conclusions : Bien que cette étude ne démontre pas d’association entre l’usage des contraceptifs hormonaux et le VIH-1, nous concluons toutefois que ces méthodes de contraception ne protègent pas contre le VIH-1, et il est ainsi recommandé aux femmes utilisant des hormones contraceptives de toujours utiliser le condom pour prévenir l'infection au VIH-1. / Objective: To investigate the association between the use of hormonal contraceptive and the risk of acquiring HIV-1 infection in women from Malawi, South Africa, Zambia and Zimbabwe. Design: Secondary analyses of 2887 women aged 17-55 years who participated in the HPTN 035 trial, a Phase II/IIb trial on the efficacy of two microbicide gels to prevent HIV transmission in women at risk in Africa. Methods: The association between the use of hormonal contraceptive and the risk of acquiring HIV-1 was evaluated using Cox proportionnal models. Relative risks of exposed women were estimated using as a reference group the women who do not use hormonal contraceptives. In addition, a multivariate Cox model was used to control for potentially confounding factors. Results: Injectable contraceptives were used by 52.1 % of women, while oral contraceptives were used by 20.7% of them. During the study, there were 192 seroconversions. The observed HIV-1 incidence was 2.28, 4.19 and 4.69 per 100 woman-years for oral, injectable and non-hormonal contraceptive users, respectively. In multivariate analysis, we found no significant association between the use of hormonal contraceptives and HIV-1 acquisition. The adjusted relative risk (aRR) for oral contraceptives was 0.573 (95% CI: [0.31 to 1.06]) and 0.981 (95% CI: [0.69, 1.39]) for injectable contraceptives. Conclusions: Although this study did not demonstrate an association between hormonal contraceptive use and the risk of HIV-1 infection, we conclude, however, that these methods of contraception do not protect against HIV-1, and it is thus recommended that women using contraceptive hormones always use condoms to prevent HIV-1.