Les virus sont au centre de problème de santé publique. En raison de l'apparition de nouveaux virus et pour certains de leur résistance aux traitements existants il est toujours d’actualité de développement de nouveaux agents antiviraux. En général, la stratégie de lutte contre les infections virales est basée sur la vaccination ou sur l'activité des petites molécules, interférant avec un ou plusieurs processus biologiques participant au cycle de vie du virus. Dans ce contexte, nous avons conçu et synthétisé des petites bibliothèques de molécules visant des propriétés anti-filovirus. Dans ce projet de recherche, nous avons mis l'accent sur le développement de composés ciblant la protéine Niemann-Pick C1, les protéases cathepsine et le processus de réplication. Lors du développement des inhibiteurs de Neimann-Pick C1 plus de 70 composés ont été synthétisés, portant le squelette pipérazine. Afin d'obtenir des inhibiteurs de cystéine cathepsines pouvant être impliqués dans la réplication du virus Ebola, nous avons synthétisé une petite bibliothèque de composés porteurs de groupement 1,3,5-triazine et possédant des activité de l’ordre du nanomolaire sur les cathepsines B, K, L et S. Enfin, pour inhiber la réplication du virus en ciblant SAH hydrolase, nous avons proposé une série de C-nucléosides carbocyclic ayant motif de 4-aza-7,9-dideazaadenosine. / The viruses cause the problem of public health. Due to the appearance of new viruses and their resistance to existing treatments there is still relevant to develop new antivirals. Generally, the strategy to combat viral infections is based on vaccination or on the activity of small molecules, interfering with one or more biological processes participating in virus life cycle. In this context, we took an effort to design and synthesize the library of small molecules possessing anti-filovirus properties. In this research project, we were focused on the developing of compounds targeting Niemann-Pick C1 protein, cathepsin proteases and replication process. In our effort into the development of the inhibitors of Neimann-Pick C1 we prepared the series of about 70 compounds, having in common the piperazine moiety. Diverse 1,4-N,N - substituents of piperazine, differencing in a size and shape were studied. In order to obtain efficient cysteine cathepsins inhibitors, we synthesized the small library of compounds bearing 1,3,5-triazine moiety. Finally, to inhibit the virus replication by targeting SAH hydrolase, we proposed the series of carbocyclic C-nucleosides having motif of 4-aza-7,9-dideazaadenosine.

L’identification d’antiviraux à large spectre est un des défis majeurs de la rechercheactuelle en virologie. Une des stratégies les plus prometteuses consiste à cibler une interactionvirus/hôte conservée. Ainsi, avec la technique d’AlphaScreen® et le modèle d’interactionprotéine VI de l’Adénovirus (AdV)/Nedd4-2, nous avons réalisé un criblage biochimique àhaut débit contre l’interaction virus/hôte [LP]PxY/Nedd4, commune à différentes familles devirus. Nous avons trouvé des candidats inhibiteurs issus d’une banque de composés approuvéspar les agences de santé. Nous les avons testés, caractérisés et validé leur effet antiviral surdeux familles de virus totalement différentes. Ainsi, les composés C9 (Sulconazole) et C4(Flunarizine) que nous avons identifiés diminuent la réplication de l’AdV, un virus à ADNenveloppé et du virus de Marburg, un virus à ARN, non enveloppé de la famille desFiloviridae. Ces résultats ont permis de valider l’interaction [LP]PxY/Nedd4 comme unecible idéale d’un antiviral à large spectre et de proposer un repositionnement de ces moléculesC9 et C4 comme antiviraux potentiels. Nous avons également synthétisé de nouvellesmolécules analogues du composé C9 et démontré qu’elles étaient tout aussi efficaces que lecomposé lui-même sur la réplication de l’AdV. Ces résultats nous ont permis de présenter laclasse des dérivés imidazolés comme structure de base pour l’élaboration de nouveauxantiviraux, potentiellement à large spectre. / Broad-spectrum antiviral identification is considered as one of the major aims of theactual virology research and one strategy consists in targeting virus/host interaction. Using theAlphaScreen® technology and the adenoviral model protein VI/Nedd4-2, we performed highthroughputbiochemical screening targeting the [LP]PxY/Nedd4 interaction, a commoninteraction of different virus families. We identified candidate inhibitors from a librarycompound approved by health agencies. We tested, characterized and validated the antiviraleffect of those compounds on two very different virus families. Indeed, compounds C9(Sulconazole) and C4 (Flunarizine) decrease replication of the adenovirus, a DNA nonenvelopedvirus and the replication of the Marburg virus, an RNA enveloped virus from theFilovirus family. Taken together, those results permit us to validate the [LP]PxY/Nedd4interaction as good target for a broad spectrum antiviral and to propose the “repositioning” ofcompounds C4 and C9 as antivirals. Moreover, we have synthesized new analogues from C9showing similar effect on AdV replication compared to the original molecule (C9). Inconclusion, our work on developing new broad-spectrum antivirals highlights the possibilityto use imidazole derivatives as a new class of antiviral compounds.

Wild-type viruses with intrinsic oncolytic capacity in human includes DNA viruses like some autonomous parvoviruses and many RNA viruses. Recent advances in molecular biology have allowed the design of several genetically modified viruses, such as adenovirus and herpes simplex virus that specifically replicate in, and kill tumor cells. However, still several hurdles regarding clinical limitations and safety issues should be overcome before this mode of therapy can become of clinical relevance. It includes limited virus spread in tumor masses, stability of virus in the blood, trapping within the liver sinusoids, transendothelial transfer, and/or vector diffusion of viral particles to tumor cells, limited tumor transduction, immune-mediated inactivation or destruction of the virus. For replication-competent vectors without approved antiviral agents, suicide genes might be used as fail-safe mechanism. Cancer stem cells are a minor population of tumor cells that possess the stem cell property of self-renewal. Therefore, viruses that target the defective self-renewal pathways in cancer cells might lead to improved outcomes.<p>In this thesis, data we generated in the field of oncolytic autonomous parvoviruses are presented.<p>We replaced capsid genes by reporter genes and assessed expression in different types of human cancer cells and their normal counterparts, either at the level of whole cell population, (CAT ELISA) or at the single cell level, (FACS analysis of Green Fluorescent Protein). Cat expression was substantial (up to 10000 times background) in all infected tumor cells, despite variations according to the cell types. In contrast, no gene expression was detected in similarly infected normal cells, (with the exception of an expression slightly above background in fibroblasts.). FACS analysis of GFP expression revealed that most tumor cells expressed high level of GFP while no GFP positive normal cells could be detected with the exception of very few (less than 0.1%) human fibroblast cells expressing high level of GFP. We also replace capsid genes by genes coding for the costimulatory molecules B7-1 and B7-2 and show that, upon infection with B7 recombinant virions, only tumor cells display the costimulatory molecules and their immunogenicity was increased without any effect on normal cells. Using a recombinant MVM containig the Herpes Simplex thymidine kinase gene, we could get efficient killing of most tumor cell types in the presence of ganciclovir, whithout affecting normal proliferating cells. We also produced tetracycline inducible packaging cell lines in order to improve recombinant vectors yields. The prospects and limitations of these different strategies will be discussed.<p>An overview is given of the general mechanisms and genetic modifications by which oncolytic viruses achieve tumor cell-specific replication and antitumor efficacy. However, as their therapeutic efficacy in clinical trials is still not optimal, strategies are evaluated that could further enhance the oncolytic potential of conditionally replicating viruses in conjunction with other standard therapies. <p>Another exciting new area of research has been the harnessing of naturally tumor-homing cells as carrier cells to deliver oncolytic viruses to tumors. The trafficking of these tumor-homing cells (stem cells, immune cells and cancer cells), which support proliferation of the viruses, is mediated by specific chemokines and cell adhesion molecules and we are just beginning to understand the roles of these molecules. Finally, we will explore some ways deserving further study in order to be able to utilize various oncolytic viruses for effective cancer treatment. <p><p> / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Mon travail de thèse porte sur l'identification d'un arbre médicinal africain par le DNA barcoding et l'étude de composés à activité anti-VIH de cet arbre. Une première analyse de la séquence du marqueur ITS2 déterminée à partir d'ADN extrait de copeaux de bois a suggéré que la plante pourrait appartenir au genre Cassia ou au genre apparenté Senna. En analysant la séquence de ce marqueur ITS2 et aussi celle du trnHpsbA spacer d'une cinquantaine d'espèces des genres Cassia et Senna j'ai pu identifier la plante comme étant Cassia abbreviata. L'alignement de ces séquences m'a permis d'identifier, pour les deux marqueurs,des structures particulières spécifiques aux espèces du genre Cassia, permettant donc de les différencier des espèces du genre Senna. J'ai utilisé ces alignements pour effectuer une étude phylogenetique qui illustre que,pour les deux marqueurs, les Cassia forment en effet un clade bien séparé du clade des Senna qui peut être divisé en plusieurs sous-clades. Dans un deuxième temps j'ai étudié les effets anti-VIH de l'extrait alcoolique ainsi que de 57 composés purifiés obtenus au laboratoire. L'extrait brut ainsi qu'un des composés purifiés, le piceatannol, ont montré un grand spectre d’activités antivirales pour le VIH et le virus de l’herpès. Ils inhibent,à un stade précoce, l'infection par le VIH de lignées cellulaires de référence et d'isolats cliniques, ceci indépendamment de l'utilisation du co-récepteur (IC50: 10.47-40.77 μg/ml, CC50>1000 μg/ml; IC50: 8.04-47.46 μM, CC50>300 μM, respectivement). Ni l'un ni l'autre n'a d'effet sur CD4 et CCR5/CXCR4. L'extrait brut,mais pas le piceatannol, bloque l'interaction CD4-gp120, suggérant que l'extrait brut cible gp120 alors que le piceatannol agit comme un inhibiteur non-spécifique d'attachement du virus. Aussi, dans un modèle in vitro de tract génital femelle, le piceatannol inhibe l'infection de cellules cibles TZM-Bl par le VIH et n'active pas les cellules PBMCs, suggérant qu'il pourrait être un bon candidat comme microbicide. D'autres composés à activité anti-VIH dans l'extrait comportent l'acide oléanolique, l'acide palmitique, la taxifoline, ainsi que troiscomposés dont la structure est en train d'être élucidée. / My thesis project deals with the identification, by DNA barcoding, of an African medicinal plant and the study of anti-HIV compounds from this plant. A first analysis of the ITS2 marker sequence determined from DNA extracted from the wood suggested that the plant could belong to the Cassia or the related Senna genus. A further analysis of ITS2 as well as of trnH-psbA spacer sequences from about 50 species of the two genera allowed me to identify the plant as Cassia abbreviata. The sequence alignments, which reveal unique features present in the Cassia but not the Senna sequences, were used to construct phylogenetic trees showing the clear separation of the species of the Cassia and the Senna genus. The two markers therefore allow a quick discrimination between the species of the Cassia and the Senna genus and appear to be excellent barcode markers for identification of these species. Following the identification of the plant I have tested the crude ethanol extract as well as 57 purified compounds from the plant for an anti-HIV activity. The extract, as well as one of the compounds, namely piceatannol, showed a broad spectrum of antiviral activities for HIV and HSV. They inhibited HIV-1 infection at the early stage against various reference strains and resistant clinical isolates independent of the co-receptor usage (IC50: 10.47-40.77 μg/ml, CC50>1000 μg/ml; IC50: 8.04-47.46 μM,CC50>300 μM, respectively). Neither the crude extract nor piceatannol had an effect on CD4 and CCR5/CXCR4. The crude extract blocked CD4-gp120 interaction while piceatannol did not, indicating that CE may target gp120 and piceatannol may act as a non-specific viral attachment inhibitor. Moreover, piceatannol inhibited HIV infection of TZM-Bl target cells in an in vitro female genital tract model and did not activate PBMCs, suggesting that it may represent a good candidate as microbicide. Other anti-HIV compounds found in Cassia abbreviata include oleanolic acid, palmitic acid, taxifolin and three other compounds the structure of which is presently being elucidated.

Les assemblages supramoléculaires font parties des réactions biochimiques de base dans les fonctions cellulaires (ex: réplication de l'ADN ou réponse immunitaire). Les calix[n]arènes ont été décrit pour interagir avec une large gamme de biomolécules. En conséquence, ils peuvent être trouvés dans de nombreuses applications biologiques tel qu'en diagnostic ou en traitement thérapeutique. Leurs fonctionnalisations sur des nanoparticules d'argent ont produit de nouveaux nano-composés hybrides ayant des propriétés optique, électrique et biologique uniques. Cette thèse a été dédiée à l'étude de ces nano systèmes pour la bio-détection et leurs potentielles applications biomédicales. Le développement de capteur analytique à bas coût, portable et ultra-sensible représente une des attentes majeures dans les applications des calix[n]arènes sur nanoparticules d'argent. Dans cette thèse, ces nano-composés ont été étudiés selon leurs capacités à suivre la micellisation de surfactant mixtes, et pour discriminer un type moléculaire tel qu'une famille d'acide nucléique ou une espèce d'albumine sérique. Dans une deuxième partie, ces nanoparticules hybrides ont été évaluées pour une série d'activités biologiques. Ils ont montré des facultés antibiotiques et anti-oxydantes, de transporter des Ingrédients Pharmaceutiques Actifs, et d'atteindre des cibles antivirales et anticancéreuses / Supramolecular assemblies are among the basic biochemical reactions in the cellular functions (e.g. DNA replication, immune response). Calix[n]arenes are macrocyclic molecules that have been reported for interacting with a wide range of biomolecules. As a consequence, they can be found in many biological applications from diagnosis to therapeutic treatment. Their functionalization on silver nanoparticles have produced new nano hybrid compounds with unique optical, electrical and biochemical properties. This thesis has been dedicated to the study of these nano-systems for bio-sensing and for their potent biomedical applications. Cost effective, portable and ultra-sensitive analytical tools are one of the major expectations of the applications of silver nanoparticles capped with calix[n]arenes. Calix[n]arenes nanoparticles have been reported here for following the micellisation process of mixed surfactants or for discriminating a type of molecule such nucleic acid or a serum albumin specie. In a second part, these hybrid nanoparticles have been evaluated for series of biological activities. They’ve been shown to possess anti-oxidant and antibacterial activities, to transport Active Pharmaceutical Ingredient and to reach antiviral and anti-cancer targets

Cette étude a porté sur les propriétés culturales et les potentialités métaboliques de deux souches de Basidiomycètes : <i>Macrocystidia cucumis</i> (Agaricales) et <i>Fomes fomentarius</i> (Aphyllophorales). D'une part, sur des surnageants de culture de <i>Macrocystidia cucumis</i>, un agent inhibant,<i> in vitro</i>, le développement du virus Herpès Simplex type 1 a été détecté. La production ou la stabilité du ou des métabolite(s) antiviraux s'est cependant révélée trop erratique pour permettre une caractérisation du composé actif. D'autre part, des fractions polysaccharidiques, isolées de cultures de <i>Fomes fomentarius</i> ont montré <i>in vitro</i>, une forte inhibition de la réaction proliférative des lymphocytes du sang périphérique, stimulés par la concanavaline A ou par des cellules présentatrices allogéniques. Les fractions actives ont été caractérisées et sont composées d'hétéroglucanes (glucose, mannose, galactose) associés à une fraction peptidique (54%). Les résultats actuels ne permettent pas de préciser le rôle de la fraction peptidique dans l'activité. De façon à définir les relations entre propriétés culturales, activités métaboliques et morphologie mycélienne, une première méthode d'analyse d'images a été développée afin d'autoriser, en routine, des mesures et une classification morphologique de la biomasse obtenue lors des fermentations. La méthode repose sur un procédé de coloration permettant une différenciation rapide des zones mycéliennes en fonction de leur accessibilité au milieu. L'influence des conditions d'aération et d'agitation sur la croissance de <i>Macrocystidia cucumis</i> et les conditions préférentielles pour la production des polysaccharides par <i>Fomes fomentarius</i> ont pu être définies à partir des paramètres morphologiques. Une seconde technique de coloration a ensuite été proposée pour suivre par analyses d'images la progression d'un front de diffusion au sein des pellets et fournir ainsi une évaluation de la densité de l'enchevêtrement mycélien en fonction de la vitesse du processus diffusionnel. Le critère diffusionnel défini par ces deux méthodes d'analyses d'images constitue une nouvelle alternative pour la caractérisation morphologique des pellets et agrégats mycéliens. Ses perspectives en terme de connaissance et de modélisation de la croissance de telles biomasses apparaissent particulièrement importantes pour les fermentations fongiques industrielles.

Le virus de l’hépatite C (VHC) est un agent causateur de maladies du foie important responsable d’une pandémie affectant près de 180 millions d’individus mondialement. L’absence de symptômes dans les premières années d’infection entraîne des diagnostics tardifs qui empêchent la prise en charge rapide des patients avant l’apparition d’une fibrose et, dans près de 16 % des cas d’infection, d’une cirrhose. En exploitant les interactions protéine-protéine membranaires, des essais utilisant la technologie BRET, dans les cellules vivantes, ont été précédemment optimisés afin d’établir le réseau complet des interactions du VHC. En utilisant les fondements de cette étude, un essai à haut débit dans les cellules vivantes a été réalisé pour identifier de nouveaux composés anti-VHC ciblant une nouvelle interaction NS3/4A-NS3/4A. Approximativement 110,000 petites molécules ont été criblées pour leurs effets sur l’homodimérization de NS3/4A et ont été classées par rapport à leur spécificité et à leur puissance contre le VHC. Au terme de cette étude, UM42811 a été identifié comme un activateur potentiel de l’interaction NS3/4A-NS3/4A offrant une activité antivirale prometteuse dotant une excellente fenêtre thérapeutique. Par la suite, un séquençage exhaustif des virus, soumis à un traitement de UM42811, a permis d’établir le profil de résistance du VHC contre ce composé. Grâce à cette fine cartographie, il a été possible d’identifier un nouveau mécanisme d’inhibition de NS3/4A qui est indépendant de son activité protéase. En utilisant les données de notre groupe sur les interactions VHC-hôte, il a été possible de continuer la caractérisation fonctionnelle du composé UM42811 en étudiant son effet sur les interactions potentiellement bénéfiques à la persistance virale. Pour ce faire, les protéines associées au transport nucléaire et mitochondriale qui sont des interactants de choix de NS3/4A ont été priorisées. Parmi ces facteurs de l’hôte, l’étude de karyopherin subunit beta 1 (KPNB1) et de heat shock protein 60 (HSP60) a été priorisée. De façon intéressante, les expériences de co-immunoprécipitation ont démontré que UM42811 était capable de prévenir l’interaction KPNB1-NS3/4A ainsi que l’interaction HSP60-NS3/4A. De plus, les études ii fonctionnelles et les analyses d’immunobuvardage de type western ont démontré que l’interaction KPNB1-NS3/4A avait des effets délétères sur l’induction des gènes stimulés par l’interféron (ISG). Finalement, il a été démontré que KPNB1 est possiblement clivé par NS3/4A suggérant la présence potentielle d’un mécanisme de subversion ou d’échappement. En bref, cette étude démontre la puissance des stratégies impliquant les interactions protéine-protéine dans les cellules vivantes pour l’identification de nouveaux composés inhibiteurs, caractérise un nouveau mécanisme d’inhibition anti-VHC et révèle la possibilité d’un nouveau mécanisme d’évasion du système immunitaire. / Hepatitis C virus (HCV) is an important causative agent for liver diseases and is responsible for a worldwide pandemic affecting roughly 180 million individuals worldwide. Late diagnosis following the progression to fibrosis and to cirrhosis, in nearly 16% of chronic infections, is attributed to the absence of symptoms in the first years of infection. By exploiting membrane protein-protein interactions (PPI), live cell assays using bioluminescence resonance energy transfer (BRET) technology have previously been optimized to complete a comprehensive hepatitis C virus (HCV) protein interaction network. Using the groundwork laid by this network study, a high-throughput assay (HTS) cell-based assay was implemented to identify novel inhibitory compounds targeting an unreported NS3/4A-NS3/4A interaction. Approximately 110,000 compounds from a small-molecule collection were screened to monitor modulation of NS3/4A homodimerization and were discriminated based on specificity and potency. UM42811 was identified as a potential NS3/4A-NS3/4A interaction activator and found to have a promising antiviral activity boasting an excellent therapeutic window. Combined deep sequencing and mutation mapping have yielded a resistance profile based on statistical and functional probability pointing towards a novel inhibitory mechanism targeting the HCV NS3/4A independent from protease activity inhibition. Data from an HCV to host protein interaction network generated by our group was used to analyze alternative effects of UM42811 on interactions which potentially benefit viral persistence. NS3/4A-specific host interactors were heavily associated with nuclear and mitochondrial transport based on Gene Ontology (GO). Among these specific interactors, karyopherin subunit beta 1 (KPNB1) and heat shock protein 60 (HSP60) were selected for further study. Interestingly, co-immunoprecipitation experiments revealed that UM42811 was able to prevent both KPNB1-NS3/4A and HSP60-NS3/4A interactions. Moreover, functional and western analysis revealed the KPNB1-NS3/4A interaction to have deleterious effects on iv interferon stimulated gene (ISG) induction. Unexpectedly, analysis revealed a putative NS3/4A mediated cleavage of KPNB1. Overall, this study demonstrates the strength of cell-based PPI strategies in the identification of novel HCV antiviral compounds, characterizes a novel inhibitory mechanism for HCV and reveals a potentially novel viral immune evasion mechanism.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

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