La dengue, une des maladies les plus largement émergents actuellement, avec 390 millions d'infections chaque année (OMS), est causée par le virus de la dengue contre lequel il n’existe pas de traitements. La protéine NS5 a un rôle important dans le cycle de réplication. Cette protéine se compose d'une méthionine S-transférase d’adénosyl en N-terminal et une ARN polymérase dépendante de l'ARN (RdRp) en C-terminal. Cette NS5 RdRp peut catalyser non seulement la synthèse du brin négatif de l'ARN, utilisé comme matrice pour synthétiser l'ARN brin plus-supplémentaire, mais aussi pour la synthèse d'un ARN complémentaire à partir d'une matrice court e d'ARN sans amorce (de novo). Dans ce travail de thèse, nous présentons la production et le test de l'activité de la protéine NS5, ainsi que du domaine polymérase RdRp pour les quatre sérotypes du virus de la dengue en développant un nouveau test enzymatique, en utilisant comme un réactif fluorescent. L'utilisation de ce réactif fluorescent a également contribué à la détermination des conditions optimisées pour développer un essai de criblage de l'activité polymérase pour identifier des inhibiteurs contre le virus de la dengue. En outre, quatre flavonoïdes, Hinokiflavone, apigénine, la quercétine et Amentoflavone ont montré des valeurs d’IC50 équivalentes contre toutes les constructions NS5 et les domaines polymérase des quatre sérotypes. / Dengue fever, one of the most widely emerging diseases nowadays with 390 million infections each year (WHO), is caused by Dengue virus in which no official antiviral reagent or vaccine is available. The NS5 protein has an important role in the replication cycle. This protein consists of a S-adenosyl methionine transferase at N-terminal and a RNA dependent RNA polymerase (RdRp) at C-terminal. This NS5 RdRp can catalyse for not only synthesis of minus-strand RNA to be used as the template to synthesize additional plus-strand RNA but also synthesizing a complement RNA from a short RNA template without primer (de novo). In this research we present the production and activity test for NS5 protein and N-terminal extended sequence 266-900 from NS5 RdRp of all first four serotypes of Dengue virus and a construct of sequence 273-900 using a new enzymatic assay, using Picogreen as fluorescent reagent. Using this fluorescent reagent also helped determining the optimised conditions to develop a screening assay for inhibitors against dengue polymerase activity. In addition, four flavonoids, Hinokiflavone, Apigenin, Quercetin and Amentoflavone showed approximate IC50 values when testing on all NS5 and polymerase protein constructs of all four serotypes.

Le virus de la dengue cause une maladie de type grippal qui peut dans certains cas évoluer vers des fièvreshémorragiques mortelles. Mon projet de thèse porte sur la réplication de ce virus. Je focalise sur la compréhension du mécanisme d'action de la protéine NS5 de ce virus. La protéine contient 2 domaines : 1) domaine méthyltransférase, essentiel pour la traduction des protéines virales, 2) domaine polymérase, synthétisant le génome ARN du virus. Premièrement, nous avons démontré que la polymérase joue un rôle principal dans la conservation de l'extrémité 3' et 5' du génome et de l'anti-génome. Puis, j'ai caractérisé l'influence du domaine méthyltransférase sur l'activité polymérase de la protéine NS5. J'ai développé un système d'études mécanistiques en utilisant des techniques biochimiques de cinétique pré-stationnaire pour la protéine NS5, et obtenu des paramètres cinétiques et thermodynamiques de cette protéine envers ses substrats. Avec ce même système, j'ai pu tester des activités de la polymérase NS5 avec des ARN coiffés et triphosphates de différente longueur, mimant les séquences à l'extrémité 5' du génome du virus de la dengue. L'activité polymérase de NS5 est influencée par la présence de la coiffe de l'ARN, ce qui m'a permis de proposer une distance physique correspondant à environ 13 nucléotides entre les sites actifs domaines méthyltransférase et polymérase. Mes travaux ouvrent la voie à la détermination de la structure 3D de NS5 avec ses ARN et des nucléotides 5'-triphosphate.Elucider son mécanisme d'action, c'est être capable d'inhiber son action et donc de pouvoir proposer des molécules capables d'arrêter la prolifération virale lors d'une infection. / Dengue virus causes dengue fever, which may evolve towards life-threatening hemorrhagic fever. My research projectfocuses on dengue replication, and more precisely on the mechanism of NS5 at the molecular/atomic level. NS5 is a bifunctionalenzyme containing two domains: 1) a methyltransferase domain essential for translation of viral proteins, 2) apolymerase domain synthesizing the viral RNA genome. First, we demonstrated the main role of the polymerase in theconservation of 5' and 3' ends of dengue genome and anti-genome RNAs. Next, I showed the influence of themethyltransferase domain on the activity of the polymerase domain. I also developed a system allowing mechanistic studiesusing pre-steady state kinetics to characterize NS5 in depth. I have made use of this system to determine the catalyticparameters of NS5 towards its substrates. Using the same pre-steady state system, I was able to test the polymerase activityof NS5 with capped and uncapped 5'-triphosphate RNAs of different lengths corresponding to the 5'-end of the dengue RNAgenome. The polymerase activity of NS5 is significantly affected by the presence of the 5'-cap, which allowed me to designan experimental set-up pointing to a minimal physical distance of around 13 nucleotides between the methyltransferase andpolymerase active sites. My work will be useful to characterize the biophysics of NS5 in complex with its RNA and NTPsubstrates, and then to determine the crystal structure of such complex at play during viral RNA synthesis. Knowing thedetailed NS5 mechanism paves the way to inhibit its action and thus design drugs aiming at stopping a viral infection.

Au cours de ma thèse je me suis intéressée aux interactions protéine-protéine (PPI’s). Les PPI’s jouent un rôle majeur dans une grande diversité de processus cellulaires et sont maintenant considérées comme une cible majeure dans le but de développer de nouveaux médicaments. Cependant, cibler ce type d’interactions requiert le développement de chimiothèques dédiées, permettant d’accélérer la découverte de molécules « touches ». Pour surmonter ce problème, une chimiothèque orientée PPI (2P2I3D) a été conçu au laboratoire. Dans un premier temps, j’ai donc évalué cette chimiothèque sur différents complexes possédant des interfaces variées. Les résultats obtenus ont révélé des taux de touches supérieurs à ceux obtenus avec des chimiothèques non orientées, de 0,2 à 1,6% contre 0,01 à 0,1%, respectivement. Cette étude a permis d’établir une preuve de concept de la faisabilité de créer une chimiothèque orientée PPI, permettant ainsi une accélération de la découverte de composés biologiquement actifs.Dans un deuxième temps, je me suis intéressée à l’interaction entre deux protéines majeures du virus de la dengue : les protéines NS3 et NS5. J’ai tout d’abord identifié et caractérisé un nouveau site d’interaction, ce qui m’a permis de mettre en évidence que cette interaction avait pour conséquence d’augmenter l’activité enzymatique du domaine hélicase. J’ai par la suite recherché et identifié des petites molécules chimiques capable d’inhiber cette interaction. Les différentes caractérisations effectuées ont permis de mettre en évidence un effet antiviral. Ces inhibiteurs constituent un excellent point de départ afin d’étudier plus en détail le rôle biologique de ce complexe. / In my thesis I became interested in protein-protein interactions (PPI's). PPI's play a major role in a variety of cellular processes and are now considered a major target in order to develop new drugs. However, targeting such interactions requires the development of dedicated libraries, to accelerate the discovery of “hits”molecules .To overcome this issue, a focused chemical library PPI (2P2I3D) was designed in the laboratory.At first, I evaluated this chemical library on different complexes with diverse interfaces. The results showed higher hit rate to those obtained with non-oriented libraries, from 0.2 to 1.6% against 0.01 to 0.1%, respectively. This study has established a proof of concept of the feasibility of creating a focused chemical library PPI, thus accelerating the discovery of biologically active compounds.Secondly, I am interested in the interaction between two major proteins of dengue virus: the NS3 and NS5 proteins. I initially identified and characterized a novel interaction site, which allowed me to demonstrate that this interaction had the effect of increasing the enzymatic activity of the helicase domain. I searched and identified small molecules able to inhibit this interaction. The different characterizations helped to highlight an antiviral effect. These inhibitors are an excellent starting point to further explore the biological role of this complex.

Les maladies virales à transmission vectorielle émergentes et ré-émergentes comme la dengue, le chikungunya ou le zika sont responsables de nombreuses épidémies sévères à travers le monde. Récemment, la propagation rapide et très étendue du virus zika (ZIKV) ainsi que les complications neurologiques graves liées à l’infection par ZIKV ont incité l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) à déclarer le ZIKV comme une urgence de santé publique mondiale. Aujourd’hui, les mesures préventives ou curatives de l’infection par ZIKV sont quasiment inexistantes. D’autre part, la flore endémique de La Réunion est connue comme une source riche, renouvelable et prometteuse en produits naturels anti-infectieux. L’inscription à la pharmacopée française de 19 plantes médicinales réunionnaises souligne le potentiel thérapeutique des substances naturelles issues de la biodiversité locale. Les travaux ont été consacrés à l’identification de substances naturelles anti-ZIKV issues d’une sélection de sept plantes médicinales réunionnaises inscrites à la pharmacopée française. Dans une première étape, une extraction sans solvant assistée par micro-ondes a été appliquée sur les sept plantes médicinales sélectionnées afin d’obtenir des éco-extraits. Dans une deuxième étape, le criblage de l’activité antivirale, en utilisant un clone moléculaire du ZIKV avec un gène rapporteur, a permis d’identifier deux éco-extraits actifs provenant de Aphloia theiformis et de Psiloxylon mauritianum. Après avoir vérifié l’absence de cytotoxicité et de génotoxicité des extraits actifs, l’activité antivirale a été aussi démontrée sur d’autres types d’extraits réalisés via des méthodes d’extractions traditionnelles (infusion, décoction et macération). L’activité antivirale a été validée sur différentes souches de ZIKV (historique et épidémique) ainsi que sur les 4 sérotypes du virus de la dengue. Enfin, le mode d’action des deux extraits actifs a été étudié. Il a été montré que les éco-extraits d’A. theiformis et de P. mauritianum ciblent les phases précoces du cycle viral en inhibant l’attachement du virus à la cellule hôte. À l’aide de la microscopie électronique, il a été montré que l’éco-extrait d’A. theiformis déforme la particule virale empêchant cette dernière de s’attacher à la membrane de la cellule hôte. Ces résultats démontrent l’importance des plantes médicinales réunionnaises comme source de substances naturelles anti-infectieuses. / Emerging and re-emerging vector-borne viral diseases such as dengue, chikungunya or zika are responsible for many severe epidemics worldwide. Recently, the rapid spread of zika virus (ZIKV) worldwide and the serious neurological complications associated with ZIKV infection have prompted the World Health Organization (WHO) to declare ZIKV a public health emergency. Today, preventive or curative measures against ZIKV infection are almost non-existing. On the other hand, the endemic flora of Reunion Island is known as a rich, renewable and promising source of natural anti-infective products. The registration of 19 medicinal plants from Reunion Island in the French pharmacopoeia highlights the therapeutic potential of natural substances derived from local biodiversity. The work was dedicated to the identification of natural anti-ZIKV substances from a selection of seven medicinal plants from La Reunion registered in the French pharmacopoeia. In a first step, in collaboration with a local start-up (Bourbon Extracts), a solvent-free microwave-assisted extraction was applied to the seven selected plants in order to obtain eco-extracts. In a second step, the screening for antiviral activity, using a ZIKV molecular clone with a reporter gene, allowed the identification of two candidate plants: Aphloia theiformis and Psiloxylon mauritianum. After verifying the absence of cytotoxicity and genotoxicity of the active extracts, the antiviral activity was also demonstrated on other types of extracts using traditional extraction methods (infusion, decoction and maceration). The antiviral activity has been validated on different strains of ZIKV (historical and epidemic) as well as on the four serotypes of the dengue virus. Finally, the mode of action of the two active extracts has been studied. It has been shown that the eco-extracts from A. theiformis and P. mauritianum target the early steps of the viral cycle by inhibiting the attachment of the virus to the host cell. Using electron microscopy, it has been shown that the eco-extract of A. theiformis deforms the viral particle preventing its attachment to the membrane of the host cell. These results demonstrate the importance of medicinal plants from Reunion Island as a source of natural anti-infectious substances.

Les formes sévères de l’infection par les virus de la fièvre jaune (YFV) et de la dengue (DENV) sont caractérisées par une atteinte du foie, plus sévère lors d’une infection YFV. L’objectif de cette thèse est de comparer les infections de YFV et DENV dans un modèle d’hépatocytes humains dérivés de cellules souches (iHeps) afin d’identifier des facteurs à l’origine de cette différence de pathogenèse. Dans un premier temps, nous avons comparé le tropisme de YFV aux 4 sérotypes de DENV dans notre modèle hépatique établi en monocouche cellulaire. Nous avons observé une faible propagation de DENV dans les iHeps par rapport YFV. Les mêmes observations ont été faites dans des hépatocytes primaires. L’utilisation de souches chimériques 17D/DENV a permis de mettre en évidence que cette faible propagation serait liée à une faible efficacité d’entrée de DENV dans les hépatocytes. Nous avons également étudié l’infection dans des sphéroïdes iHeps, métaboliquement plus actifs que les iHeps 2D. Une infection productive a été observée uniquement avec YFV. Ce résultat pourrait s’expliquer par la faible accessibilité des cellules à l’intérieur des sphéroïdes. Dans un 2ème temps, nous avons étudié les réponses cellulaires induites dans les iHeps 2D après infection par les différents virus en utilisant une approche RNAseq. Les résultats préliminaires suggèrent un lien entre le taux de réplication et le nombre de gènes activés. La réponse interféron est plus précocement détectée dans le cas de YFV, mais l’infection par DENV induit un plus grand nombre de gènes. De plus, DENV-1 et DENV-4 induisent une augmentation d’expression de certains gènes impliqués dans la présentation d’antigène comme HLA-E et TAP-2, alors que YFV diminue l’expression de certains gènes de chimiokines et molécules d’adhésion. L’analyse préliminaire des voies liées au métabolisme hépatique révèle une inhibition de la voie de la coagulation dans le cas de l’infection par YFV, qui n’est pas observée lors de l’infection par DENV. Des observations similaires ont été décrites in vivo, au niveau protéique, confirmant la pertinence du modèle iHeps / Severe forms of infection with yellow fever virus (YFV) and dengue virus (DENV) are characterized by liver damage, with more severe symptoms observed during YFV infection. The aim of this thesis is to compare YFV and DENV infections in a model of human hepatocytes derived from stem cells (iHeps) in order to identify factors that could explain their difference in pathogenesis.First, we compared YFV tropism to the four DENV serotypes in 2D iHeps. We observed a low spread of DENV compared to YFV in both iHeps and primary hepatocytes. By using chimeric 17D/DENV strains, we demonstrate that this low propagation is linked to a low DENV entry efficiency in hepatocytes. We also studied infection in iHeps spheroids, metabolically closer to primary cells than 2D iHeps. A productive infection was observed with YFV only. The low accessibility of cells inside the spheroids could explained this result. Second, we studied cellular responses induced following infection by different viruses in 2D iHeps using an RNAseq approach. Preliminary results suggest a link between replication rate and the number of activated genes. The interferon response is detected earlier following YFV infection, but DENV induces a greater number of genes implicated in this pathway. Moreover, DENV-1 and DENV-4 up-regulate some genes involved in antigen presentation such as HLA-E and TAP-2, while YFV down-regulates genes encoding chemokines and adhesion molecules. Preliminary analysis of hepatic metabolism pathways reveals inhibition of the coagulation pathway induced by YFV infection, which is not observed during DENV infection. Similar observations have been described in vivo, at the protein level, confirming the relevance of the iHeps model