Le virus influenza a (via) est responsable d'epidemies annuelles et de pandemies sporadiques. un element clef, impactant a la fois la replication du virus et les symptomes de l'hote, est la reponse immunitaire innee. le via perturbe les voies metaboliques des cellules infectees, notamment la macroautophagie. la macroautophagie, par la suite appelee simplement autophagie, est une voie du catabolisme cellulaire. l'autophagie est constitutive dans les cellules nucleees et participe au maintien de l'homeostasie cellulaire. en reponse a un stress cellulaire, l'autophagie peut etre stimulee. un grand nombre de virus perturbe l'autophagie, soit en la stimulant, soit en l'inhibant. le via induit l'autophagie mais inhibe sa phase finale, un mecanisme impliquant sa proteine de matrice 2 (m2). les impacts de cette perturbation de l'autophagie sur la replication virale et sur la reponse de la cellule hote sont encore peu compris. au cours de ma these, j'ai developpe des modeles cellulaires dans lesquels la capacite d'autophagie peut etre specifiquement restauree dans des lignees cellulaires autrement incapables d'autophagie. l'utilisation de ces modeles m'a permis de montrer que l'autophagie ne change ni l'infectiosite du virus ni si capacite de replication intracellulaire mais inhibe l'induction de l'interferon-β et des genes induits par celui-ci. j'ai mis en evidence que m2 n'inhibe la phase finale de l'autophagie que dans le cadre de l'infection et de l'activation de l'apoptose. une meilleure comprehension des perturbations de l'autophagie pourrait permettre de developper des molecules antivirales et de nouveau virus attenues induisant une plus forte reponse immunitaire. / Influenza a virus (iav) is responsible for yearly epidemics and sporadic pandemics. understanding the mechanism by which the inflammatory response is mounted and controlled is key to manage the disease. iav perturbs a variety of metabolic pathways including macroautophagy. macroautophagy, hereafter referred to as autophagy, is a catabolic pathway that is active in all nucleated cells. in stress condition, autophagic activity can be increased. a variety of viruses perturb autophagy. iav has been described to both induce autophagy and block its completion mainly through its matrix protein 2 (m2). however, the impact of such perturbation on viral replication and host cell response to infection is still unknown. i developed cellular models in which autophagy capacity can be specifically restored in cell lines that are otherwise autophagy-incompetent. using these models, i showed that autophagy does not impact iav infection and replication but inhibits interferon-β induction at early stages post infection, leading to dampened induction of interferon-stimulated genes. i showed that m2 does not prevent autophagy completion by itself but only in the context of iav in a caspase-activation dependent fashion. in summary, my thesis work, using these novel autophagy models, revealed that early autophagy induction post-iav infection inhibits ifn-β, leading to a global decrease in interferon stimulated gene expression. indeed, sustained autophagy perturbation through m2 may allow iav to limit the ifn-β response throughout its life cycle. preventing m2-mediated autophagy perturbation may allow us to develop new antiviral strategies as well as new live attenuated iav vaccines.

La grippe est une maladie infectieuse qui se traduit par des épidémies saisonnières et pandémies occasionnelles et qui a des conséquences importantes sur la santé publique. Elle est causée par le virus influenza, un virus à ARN négatif segmenté. Chaque segment du génome est transcrit et repliqué dans le noyau de la cellule hôte par la polymérase virale, une ARN polyméraseARN-dépendente. Afin de pouvoir produire un ARN messager (ARNm) viral qui peut être reconnu par la machinerie de traduction de la cellule, la polymérase de la grippe se sert d’un mécanisme appelé ‘cap-snatching’ (mécanisme de ‘vol de coiffe’). La polymérase virale intéragit avec un ARNm coiffé, produit par l’ARN polymérase II de la cellulle hôte, coupe cet ARN à proximité de la coiffe et l’utilise comme amorce pour l’initiation de la transcription de son propre matériel génétique. Par conséquence, la transcription virale est fonctionnellement liée à la transcription cellulaire. L’objet des recherches présentées dans cette thèse portait sur l’intéraction entre la polymérase de la grippe et la machinerie de transcription de la cellule hôte et plus précisément, la caractérisation structurale et fonctionelle de l’association entre la polymérase de la grippe et le domain C-terminal de l’ARN polymérase II (CTD), qui sert de support pour la coordination des processus de synthèse et les modifications post-transcriptionelles de l’ARNm. Les structures cristallographiques obtenues de la polymérase d’influenza A et B, associées aux peptides dérivés du domain CTD de l’ARN polymérase II, ont permis d’élucider comment la polymérase virale reconnait spécifiquement la polymérase cellulaire. La perturbation de cette intéraction mène à l’inhibition de l’amplification du virus, ce qui confirme que cette association est essentielle. Dans la seconde partie de la thèse, un complexe actif de ‘cap-snatching’ a été assemblé in vitro et caractérisé fonctionellement, constitué du complexe d’élongation contenant l’ARN polymérase II avec un ARNm coiffé et son domain CTD phosphorylé, lié à la polymérase virale elle-même transcriptionnellement active. De plus, l’intéraction de la polymérase virale avec deux facteurs impliqués dans la régulation de l’élongation par l’ARN polymérase II, DRB sensitivity-inducing factor et Tat stimulatory factor 1, a été caractérisée. En conclusion, le travail de thèse présenté ici a contribué à élucider le mécanisme de recrutement de la polymérase d’influenza à la machinerie de transcription cellulaire et a montré que l’association entre les polymérases virale et cellulaire est essentielle pour la réplication du virus. La perturbation de cette intéraction est une piste prometteuse pour la conception de nouveaux médicaments contre le virus influenza. / Influenza is an infectious disease causing seasonal epidemics and occasional pandemics, which are a significant health burden for the global human population. The causative agent, influenza virus, is a negative-strand segmented RNA virus. Each segment of the viral genome is transcribed and replicated by a virally-encoded RNA-dependent RNA polymerase in the nucleus of the infected cell. In order to produce a functional viral messenger RNA (mRNA) that can be processed by the cellular translation machinery, influenza polymerase employs a mechanism called‘cap-snatching’. The viral polymerase binds to a nascent, capped transcript, produced by the cellular RNA polymerase II, cleaves it shortly after the cap and uses it as a primer for the transcription of its own genomic segments. Viral transcription is therefore functionally dependent on cellular transcription. The studies described in this thesis aimed to investigate the interaction between influenza polymerase and the cellular transcription machinery. The main focus was to characterize structurally and functionally the association of influenza polymerase with the C-terminal domain (CTD) of RNA polymerase II, which serves as a scaffold for coordinating co-transcriptional events during mRNA synthesis and processing. Crystal structures of influenza A and B polymerase bound to phosphorylated peptides mimicking the CTD of RNA polymerase II gave new insight on how the viral polymerase directly recognizes the transcribing cellular polymerase. Moreover, disrupting this interaction was found to be severely detrimental to viral replication, confirming the essentiality of this association. In the second part of this work, an active cap-snatching complex was assembled in vitro and characterized functionally. This comprised a reconstituted RNA polymerase II elongation complex with emerging capped transcript and phosphorylated CTD with bound and transcriptionally active influenza polymerase. Additionally, the interaction of the viral polymerase with two factors involved in the regulation of transcription elongation by RNA polymerase II, DRB sensitivity-inducing factor and Tat stimulatory factor 1, was analyzed biochemically. Overall, the work presented here gives insights into the mechanism of recruitment of the influenza polymerase to the cellular transcription machinery and shows that the association of the viral and cellular polymerase is essential for the viral replication. Targeted disruption of this interaction is therefore a promising avenue for the design of novel anti-influenza drugs.

Le virus influenza de type A est un virus à ARN simple brin de polarité négative qui se réplique dans le noyau des cellules infectées. Son génome se compose de huit segments d'ARN viral (ARNv). Chaque segment est recouvert de multiples copies de nucléoprotéines virales (NP). Chacune des extrémités strictement conservées 3' et 5' des huit segments d'ARNv interagit avec une ARN-polymérase ARN-dépendante. Le complexe entre l'ARNv, NP et l'ARN-polymérase ARN-dépendante forme une particule appelée ribonucléoprotéine (RNP) constituant l'entité fonctionnelle pour la réplication du génome viral et sa transcription en ARN messagers. Dans le contexte de la RNP, ces deux processus sont assurés par l'ARN-polymérase ARN-dépendante formée de trois protéines (PA, PB1 et PB2). L'ARN-polymérase du virus influenza A fait l'objet de nombreuses études. Son étude structurale se heurte à la difficulté d'obtenir ce complexe hétérotrimérique sous forme soluble et en grande quantité, deux conditions qu'impose la biologie structurale. Ainsi, durant les huit dernières années, les données structurales à l'échelle atomique n'ont été obtenues que sur des domaines isolés de l'ARN-polymérase laissant l'essentiel de la structure de PB1 inconnue. Pour contourner ce problème, une nouvelle stratégie s'appuyant sur le système d'expression en cellules d'insecte infectées par baculovirus a été développée. Cette stratégie a permis la production d'une forme tronquée de l'ARN-polymérase du virus influenza de type A qui a été étudiée d'un point de vue structural et fonctionnel. Plusieurs reconstructions en trois dimensions ont été obtenues par microscopie électronique et une structure cristalline à faible résolution (7,7 Å) a pu être résolue. Les études fonctionnelles se sont axées sur les activités portées par l'hétérotrimère tronqué et un accent particulier a été mis sur l'étude des interactions avec l'ARN. Les informations sur les activités catalytiques obtenues in vitro ont mis en évidence un rôle clef de certains ions métalliques. Afin de connaitre l'environnement en ions métalliques et cibler leur rôle à l'échelle cellulaire, leur distribution dans la cellule infectée par le virus influenza A a été étudiée par microscopie rayons-X. Cet aspect de l'infection étant très peu documenté, cette étude s'inscrit dans une démarche originale et a offert l'opportunité d'intégrer les données biochimiques et biophysiques à l'échelle de la cellule entière. / Influenza A virus is a negative single stranded RNA virus that replicates in the nucleus of infected cells. Its genome contains eight single stranded negative-sense RNA segments (vRNA) covered by the viral nucleoprotein (NP). The highly conserved 3' and 5' ends of the vRNA are bound to the RNA-dependent RNA-polymerase (RdRp) which consists of three subunits, PA, PB1 and PB2. The complex between vRNA, NP and the RdRp forms a particle called ribonucleoprotein (RNP). The RNP acts as an independent molecular machine for transcription and replication in the nucleus. Within the context of the RNP, these two processes are mediated by the RdRp. The influenza A RdRp complex has been remarkably intractable to structural analysis and in the last eight years, crystal structures of independent domains covering roughly half of the heterotrimeric RdRp have been determined. In addition, electron microscopy reconstructions have described the RdRp. Nonetheless, a complete model characterizing the RdRp as a whole is still lacking. To overcome this issue, a new strategy has been developed to obtain the RdRp heterotrimeric complex using the baculovirus infected cells expression system. This method has produced a truncated form of the flu A RdRp which has been studied from a structural and functional point of view. Several three-dimensional reconstructions by electron microscopy have been obtained and a crystal structure at low resolution (7,7 Å) has been solved. Functional studies focused on the activities carried by the truncated RdRp and a particular emphasis was placed on the study of the interactions with RNA. In vitro functional data showed highly metal ion-dependent activities. To know more about the subcellular metal context, metallic ions distribution in influenza A infected cells has been studied by X-ray microscopy giving the opportunity to integrate biochemical and biophysical data in the context of the whole cell.

Le virus de la grippe est un virus à ARN négatif appartenant à la famille des Orthomyxoviridae qui se compose de 7 membres dont les virus influenza A, B, C et D. Le génome viral comprend 7 à 8 particules ribonucléoprotéiques (RNP) au sein desquelles l’ARN viral (ARNv) est recouvert de multiples copies de nucléoprotéines (NP) et est associé à l’ARN polymérase virale via ses extrémités 3’ et 5’. Au cours de ce travail de thèse, nous nous sommes tout d’abord focalisés sur l’étude biochimique de NP A et NP B et avons pu mettre en évidence des comportements différents en ce qui concerne leurs propriétés d’oligomérisation en présence ou en absence d’ARN et en fonction de la concentration en sel. Pour la première fois nous avons pu observer une structure similaire aux RNP mais reconstituée uniquement à partir de NP A et d’un ARN de 12 nucléotides. Nous avons pu formuler l’hypothèse que 12 nucléotides de l’ARN serait fixés à la NP avec une forte affinité tandis que le reste de l’ARN fixerait la NP avec une affinité beaucoup plus faible. En parallèle nous avons résolu la structure cristallographique de la nucléoprotéine de la grippe de type D et réaliser la caractérisation de son interaction avec l’importine-α7 humaine. Enfin nous avons étudié la fixation de l’ARN sur NP D et mis en évidence l’importance de l’extrémité C-terminale dans le processus de fixation à l’ARN. Ces informations ont permis de formuler de nouvelles hypothèses quant au fonctionnement du virus de la grippe et permettre d’inscrire ce projet de thèse dans une dynamique globale de lutte contre ce virus. / Influenza virus is a negative RNA virus belongs to the Orthomyxoviridae family which consists of 7 members including influenza viruses A, B, C and D. The viral genome comprises 7 to 8 ribonucleoprotein particles (RNP) in which the viral RNA (vRNA) is coated with multiple copies of nucleoproteins (NP) and is associated with the viral RNA polymerase by its 3 'and 5' ends. In this thesis, we first focused on the biochemical study of NP A and NP B and we demonstrate that there are different behaviors with regard to their oligomerization properties in the presence or absence of RNA and as a function of the salt concentration. For the first time we were able to observe a structure very similar to RNP which was reconstituted only from NP A and a 12 nucleotide RNA. Thus, we formulate the hypothesis that 12 nucleotides of the RNA would bind NP with a very strong affinity while the rest of the RNA would bind NP with a lower affinity. In parallel, we solved the crystallographic structure of the nucleoprotein of influenza D virus and we characterized its interaction with human importin-α7. Finally, we studied the binding of RNA on NP D and we demonstrated the importance of the C-terminal end in the RNA binding process. This thesis project made it possible to formulate new hypotheses concerning the functioning of the influenza virus and to include this thesis project in a global dynamic of combating the influenza virus.

Longtemps décrit comme un simple tissu de réserve énergétique, le tissu adipeux blanc est, depuis l’identification de la leptine en 1994, considéré comme un véritable organe endocrine. En effet, ce tissu secrète de nombreuses hormones et cytokines agissant de manière paracrine et endocrine pour contrôler le métabolisme énergétique. Par ailleurs, en plus des préadipocytes et des adipocytes, le tissu adipeux blanc contient également des cellules immunes innées et adaptatives ; lui conférant ainsi un rôle important dans le développement et le contrôle de l’immunité. Cependant, le rôle joué par le tissu adipeux blanc dans les infections - notamment pulmonaires - reste encore peu étudié. C’est dans ce cadre général que s’est inscrit ce travail de Thèse. La susceptibilité accrue des individus obèses (expansion du tissu adipeux blanc) à l’infection par le virus de la grippe (influenza) est largement étayée dans la littérature. Nous avons évalué l’impact de l’infection par le virus influenza sur le tissu adipeux blanc, chez des souris minces et des souris obèses. Nos résultats montrent que, de manière inattendue, le virus est détecté dans les tissus adipeux, sous-cutané (inguinal) et viscéral (périgonadique), de souris infectées par voie intra-nasale (détection du génome viral par RT-qPCR). La présence de virus dans le tissu adipeux est associée à l’augmentation de la sécrétion de cytokines pro- et anti-inflammatoires, à la diminution de l’expression de gènes impliqués dans la lipolyse et la lipogénèse, et à l’augmentation de l’expression des gènes impliqués dans l’induction d’une réponse immune anti-virale. De manière intéressante, l’infection par le virus influenza est associée au brunissement du tissu adipeux sous-cutané chez les souris minces. Chez les souris obèses, l’infection par le virus de la grippe n’induit pas l’effet dépôt spécifique observé chez la souris mince et ne montre pas de brûnissement au niveau du tissu adipeux sous-cutané 7 jours p.i. In vitro, nous montrons que le virus influenza peut infecter les préadipocytes et les adipocytes (lignée murine et cellules primaires humaines). Cependant, alors que le virus effectue la totalité de son cycle dans l’adipocyte, le préadipocyte libère très peu, voire pas, de nouveaux virions infectieux (PCR, transcriptomique, technique de plages de lyse, microscopie confocale et électronique). Ainsi nos résultats, très originaux, identifient le tissu adipeux blanc comme un nouveau tissu cible de l’infection par le virus de la grippe, in vivo. Au sein de ce tissu, les préadipocytes et les adipocytes sont potentiellement infectés par le virus, comme le montrent nos données in vitro, les adipocytes seuls permettant la production de nouvelles particules infectieuses.Contrairement à l’infection grippale, les données épidémiologiques et/ou expérimentales concernant la susceptibilité des obèses à l’infection par la bactérie Streptococcus pneumoniae sont contradictoires, du fait de l’utilisation de différents modèles d’obésité d’origine génétique et de sérotypes de pneumocoques. Dans ce projet, nous avons utilisé un modèle d’obésité d’origine nutritionnelle ; le modèle de souris nourries par un régime enrichi en lipides. Nous montrons que les souris obèses infectées (sérotype Sp1) développent un syndrome de type méningite, mortel, tandis que les souris minces contrôlent l’infection. Si les réponses pulmonaires à l’infection sont comparables entre les souris minces et obèses (dénombrement des colonies bactériennes, histologie, PCR, ELISA, cytométrie en flux), le nombre de bactéries dans le cerveau est significativement plus élevé chez les souris obèses, associé à une altération de la perméabilité de la barrière hématoencéphalique [...] / Since the identification of leptin in 1994, the white adipose tissue (WAT) is no longer considered to solely be an inert tissue storing fat. As an endocrine organ, the adipose tissue synthesizes and secretes several hormones and cytokines involved in the control of whole-body metabolism. In addition, besides preadipocytes and adipocytes, WAT also contains innate and adaptive immune cells; thereby contributing to the development and control of immunity. However, the role played by the adipose tissue during infections - notably during pulmonary infections, such as those resulting from influenza virus or Streptococcus pneumoniae infections - has barely been investigated. This defines the general scope of this work. Epidemiological and experimental data convincingly report that obese individuals are more susceptible to influenza infection. During this project, we therefore questioned whether influenza infection may impact on adipose tissues, both subcutaneous (inguinal, SCAT) and visceral (perigonadal, EWAT) depots, in lean and high-fat diet-induced obese mice. We unexpectedly showed that influenza virus is detected in SCAT and EWAT (quantification of the viral genome by RtqPCR) and that this was associated with drastic changes in the tissue such as: increased secretion of pro- and anti-inflammatory cytokines, decreased expression of genes involved in lipogenesis and lipolysis, as well as increased expression of genes related to the induction of anti-viral immunity. Interestingly enough, influenza infection was associated with the development of brown-like adipocytes in the SCAT, only in lean animals. Moreover, we demonstrated in vitro that preadipocytes and adipocytes (murine cell-line and human primary cells) are permissive to infection, yet with different outcomes. Indeed, only adipocytes allowed the release of new infectious particles (RtqPCR, transcriptomics, quantification of infectious particules on MDCK cells, confocal and transmission electron microscopy). Altogether, our findings revealed, for the first time, that the white adipose tissue, an organ at the crossroads of metabolism and immunity, is deeply affected by influenza infection and might thus be undervalued in influenza pathophysiology.In opposite to influenza infection, the impact of obesity on the outcome of Streptococcus pneumoniae (S.p.) infection remains uncertain, due to the different models (genetically-based obesity, and bacterial strains) used. During this work, we investigated S. pneumoniae (Sp1 strain, sublethal dose) infection in lean and high-fat diet-induced obese mice. We showed that obese mice died from sublethal S. pneumoniae infection, compared to lean animals. The increased mortality induced by infection did not result from impaired pulmonary response but rather from the development of a meningitis-like syndrom likely resulting from an increased bacterial dissemination through the bloodbrain barrier into the brain. We propose that the model of dietary obesity induced by consumption of fat-enriched diet, may be envisaged as a novel and valuable experimental model of memingitis to study Streptococcus pneumoniae travel through the blood-brain barrier and the subsequent immune consequences.

Le virus de la grippe est un virus à ARN négatif de la famille des Orthomyxoviridae et représente l'un des rares virus à ARN à se répliquer dans le noyau. Les particules ribonucléoprotéiques (RNP) contiennent l'ARN viral protégé par les nucléoprotéines (NP) et associé à l'ARN polymérase virale (sous-unités PB1, PB2 et PA). Nous avons étudié, par des techniques de biochimie et de biophysique, l'interaction de la nucléoprotéine non seulement avec l'ARN viral mais aussi avec son transporteur nucléaire humain, l'importine alpha 5. D'autre part, nous avons résolu la structure cristallographique d'un domaine de la polymérase (PB2) en complexe avec l'importine alpha 5. L'ensemble des résultats obtenus nous permet de mieux comprendre les interactions mises en jeu entre protéines virales et protéines de l'hôte et ainsi de comprendre pourquoi certains acides aminés présents dans le virus aviaire augmentent la virulence de la grippe chez l'humain.

Le développement de médicaments efficaces contre le virus de l'immunodéficience humaine (VIH) est l'une des plus grandes réussites dans l'histoire médicale récente: lorsque la thérapie combinée est devenu la norme des soins en 1996, une maladie mortelle a été progressivement transformée en une maladie chronique gérable. Les décennies suivantes ont été consacrées à l'élaboration des schémas thérapeutiques consolidés pour les adultes et les enfants, à la prévention de la transmission mère-enfant et à élargir l'accès à la thérapie antirétrovirale dans les pays en développement. La réussite d'un traitement antiviral de l'infection par le VIH est devenue un modèle pour l'élaboration de stratégies de traitement efficaces pour d'autres maladies virales, telles que les hépatites, les infections à herpesviridae, enteroviridae, et la grippe A et B. Cette thèse vise à tracer une ligne continue depuis : (1) de nouveaux modèles in vitro pour simuler un traitement combiné contre un VIH-1 multirésistant afin de promouvoir la sélection du régime le plus/ durable chez les patients en sauvetage thérapeutique, à (2) la meilleure approche e11 termes de coût-bénéfice pour la surveillance de la pharmacorésistance dans les cohortes de patients traités dans des milieux à faibles ressources, et enfin jusqu'à (3) une approche translationnelle vers la gestion du traitement de la grippe et la prédiction du développement- de virus résistants aux médicaments chez les enfants. Elle vise à fournir une synthèse des leçons apprises dans l'optimisation de stratégies de traitements antiviraux et de la prévention des résistances contre le VIH et le virus de fa grippe chez les adultes et les enfants. / The development or efficacious drugs against the human immunodeficiency virus is one of the greatest success stories in the recent medical history: when combination therapy became standard of care after the Vancouver Conference in 1996, a deadly disease was gradually turned into a manageable chronic condition. The following decades have been dedicated to developing consolidated treatment regimens for both adults and children, to the prevention of mother-to-child transmission and to expanding access to antiretroviral therapy (AR1) in developing countries. Subsequently, the success story of antiviral treatment of Hl V infection has become a model for tl1e development of successful treatment strategies for other viral diseases, such as hepatitis and infections with herpesviridae, enteroviridae and influenza A and B. This thesis aims to draw a continuous line from: (1) new in vitro models to simulate comhination therapy against multidrug-resistant HIV-1 promoting the selection of the most sustainable regimen in salvage patients, to (2) a cost-effective approach to monitoring drug resistance in treatment cohorts in low-resource settings, and finally to (3) a translational approach to managing influenza therapy and predicting the development of drug resistant influenza in children. The work presented herein aims to provide a comprehensive view of the lessons learned in optimizing antiviral treatment strategies against HIV and influenza virus in adults and children