Le sujet de cette thèse est l'analyse de sécurité des implantations cryptographiques embarquées.La sécurité a toujours été un besoin primaire pour les communications stratégiques et diplomatiques dans l'histoire. Le rôle de la cryptologie a donc été de fournir les réponses aux problèmes de sécurité, et le recours à la cryptanalyse a souvent permis de récupérer le contenu des communications des adversaires.L'arrivée des ordinateurs a causé un profond changement des paradigmes de communication et aujourd'hui le besoin de sécuriser les communications ne s'étend qu’aux échanges commerciaux et économiques.La cryptologie moderne offre donc les solutions pour atteindre ces nouveaux objectifs de sécurité, mais ouvre la voie à des nouvelles attaques : c'est par exemple le cas des attaques par fautes et par canaux auxiliaires, qui représentent aujourd'hui les dangers plus importants pour les implantations embarquées.Cette thèse résume le travail de recherche réalisé ces trois dernières années dans le rôle d'ingénieur en sécurité au sein d'Oberthur Technologies. La plupart des résultats a été publiée sous forme d'articles de recherche [9,13-17] ou de brevets [1-6].Les objectifs de recherche en sécurité pour les entreprises du milieu de la sécurité embarqué sont doubles. L'ingénieur en sécurité doit montrer la capacité d'évaluer correctement la sécurité des algorithmes et de mettre en avant les possibles dangers futurs. Par ailleurs il est désirable de découvrir des nouvelles techniques de défense qui permettent d'obtenir un avantage sur les concurrents. C'est dans ce contexte que ce travail est présenté.Ce manuscrit est divisé en quatre chapitres principaux.Le premier chapitre présente une introduction aux outils mathématiques et formels nécessaires pour comprendre la suite. Des résultats et notions fondamentaux de la théorie de l'information, de la complexité, et des probabilités sont présentés, ainsi qu'une introduction à l'architecture des micro-ordinateurs.Le chapitre suivant présente la notion d'attaque par faute et des stratégies connues pour contrecarrer ce type d'attaques. Le corps du deuxième chapitre est ensuite dédié à notre travail sur le code infectif pour les algorithmes symétriques et asymétriques [15-17] ainsi que à notre travail sur les attaques par faute sur courbes elliptiques [13].Le troisième chapitre est dédié aux attaques par canaux auxiliaires, et présente une introduction aux résultats et à certaines attaques et contremesures classiques du domaine. Ensuite nos deux nouvelles attaques ciblant des contremesures considérées sécurisées sont présentées [9,14]. Dans ce troisième chapitre est enfin présentée notre nouvelle attaque combinée qui permet de casser des implémentations sécurisées à l'état de l'art.A la fin de ce manuscrit, le quatrième chapitre présente les conclusions de notre travail, ainsi que des perspectives pour des nouveaux sujets de recherche.Pendant nos investigations nous avons trouvé différentes contremesures qui permettent de contrecarrer certaines attaques.Ces contremesures ont été publiées sous la forme de brevets [1-6]. Dans certains cas les contremesures sont présentées avec l'attaque qu'elles contrecarrent. / The subject of this thesis is the security analysis of cryptographic implementations. The need for secure communications has always been a primary need for diplomatic and strategic communications. Cryptography has always been used to answer this need and cryptanalysis have often been solicited to reveal the content of adversaries secret communications. The advent of the computer era caused a shift in the communication paradigms and nowadays the need for secure communications extends to most of commercial and economical exchanges. Modern cryptography provides solutions to achieve such new security goals but also open the way to a number of new threats. It is the case of fault and side-channel-attacks, which today represents the most dangerous threats for embedded cryptographic implementations. This thesis resumes the work of research done during the last years as a security engineer at Oberthur Technologies. Most of the results obtained have been published as research papers [9,13-17] or patents [1-6]. The security research goals of companies around the world working in the embedded domain are twofold. The security engineer has to demonstrate the ability to correctly evaluate the security of algorithms and to highlight possible threats that the product may incur during its lifetime. Furthermore it is desirable to discover new techniques that may provide advantages against competitors. It is in this context that we present our work.This manuscript is divided into four main chapters.The first chapter presents an introduction to various mathematical and computational aspects of cryptography and information theory. We also provide an introduction to the main aspects of the architecture of secure micro-controllers.Afterwards the second chapter introduces the notion of fault attacks and presents some known attack and countermeasure [15-17]. We then detail our work on asymmetric and symmetric infective fault countermeasures as long as on elliptic curves fault attacks [13].The third chapter discusses about side-channels, providing a brief introduction to the subject and to well-known side-channel attacks and countermeasures. We then present two new attacks on implementations that have been considered secure against side channels [9,14]. Afterwards we discuss our combined attack which breaks a state-of-the-art secure implementation [10].Finally, the fourth chapter concludes this works and presents some perspectives for further research.During our investigations we have also found many countermeasures that can be used to thwart attacks. These countermeasures have been mainly published in the form of patents [1-6]. Where possible some of them are presented along with the attack they are conceived to thwart.

Cette thèse est consacrée à l’étude de la sécurité physique des algorithmesde couplage. Les algorithmes de couplage sont depuis une quinzaine d’années utilisésà des fins cryptographiques. D’une part, les systèmes d’information évoluent, et denouveaux besoins de sécurité apparaissent. Les couplages permettent des protocolesinnovants, tels que le chiffrement basé sur l’identité, les attributs et l’échange tripartien un tour. D’autre part, l’implémentation des algorithmes de couplages est devenueefficace, elle permet ainsi d’intégrer des solutions cryptographiques à base de couplagedans les systèmes embarqués.La problématique de l’implémentation sécurisée des couplages dans les systèmesembarqués va être étudiée ici. En effet, l’implémentation d’algorithmes dédiés à lacryptographie sur les systèmes embarqués soulève une problématique : la sécurité del’implémentation des couplages face aux attaques physiques. Les attaques par canauxauxiliaires, dites passives, contre les algorithmes de couplages sont connues depuisbientôt une dizaine d’années. Nous proposons des études pour valider l’efficacité desattaques en pratique et avec des atouts théoriques. De notre connaissance, il y a uneseule attaque pratique dans la littérature, nous l’optimisons d’un facteur dix en termesde nombres de traces. Nous proposons aussi une attaque horizontale, qui nous permetd’attaquer le couplage twisted Ate en une seule trace.Par ailleurs, les contre-mesures n’ont été que peu étudiées. Nous complétons cettepartie manquante de la littérature. Nous proposons de nouveaux modèles d’attaquessur la contre-mesure de randomisation des coordonnées. L’attaque en collision proposéepermet ainsi de donner une réévaluation de la contre-mesure ciblée. Ainsi nousproposons la combinaison de contre-mesures qui, à moindres coûts, protégerait de cesattaques. / This thesis focuses on the resistance of Pairing implementations againstside channel attacks. Pairings have been studied as a cryptographic tool for the pastfifteen years and have been of a growing interest lately. On one hand, Pairings allowthe implementation of innovative protocols such as identity based encryption, attributebased encryption or one round tripartite exchange to address the evolving needs ofinformation systems. On the other hand, the implementation of the pairings algorithmshave become more efficient, allowing their integration into embedded systems.Like for most cryptographic algorithms, side channel attack schemes have beenproposed against Pairing implementations. However most of the schemes describedin the literature so far have had very little validation in practice. In this thesis, westudy the practical feasibility of such attacks by proposing a technique for optimizingcorrelation power analysis on long precision numbers. We hence improve by a factorof 10 the number of side-channel leakage traces needed to recover a 256-bit secret keycompared to what is, to our best knowledge, one of the rare practical implementationsof side channel attacks published. We also propose a horizontal attack, which allow usto attack the twisted Ate pairing using a single trace.In the same way, countermeasures have been proposed to thwart side channel attacks,without any theoretical or practical validation of the efficiency of such countermeasures.We here focus on one of those countermeasures based on coordinatesrandomization and show how a collision attack can be implemented against this countermeasure.As a result, we describe how this countermeasure would have to be implementedto efficiently protect Pairing implementations against side channel attacks.The latter studies raise serious questions about the validation of countermeasures whenintegrated into complex cryptographic schemes like Pairings

La pathogenèse du VIH-1 reflète les différentes propriétés biologiques du VIH et de la réponse immune des cellules hôtes. L'expression différentielle de ces deux composants majeurs détermine le devenir final d'une infection par le VIH-1: survie à long terme ou le développement du SIDA. L'implication de facteurs autre que le virus lui-même pouvant déterminer l'infection par le VIH et la pathogenèse demeure une importante considération scientifique. Les travaux présentés dans cette thèse de doctorat ont pour but de mieux comprendre l'implication des facteurs cellulaires lors d'une infection par le VIH-1 des cellules T CD4+ et des macrophages. Dans ce dessein, mon projet de doctorat a ciblé deux caractéristiques de la pathogenèse du VIH : la présence préférentielle de R5 en début d'infection et l'implication de la réponse IFN lors d'une infection des macrophages par le VIH-1. L'objectif premier consistait à identifier les voies cellulaires modulées lors d'une infection des cellules T CD4+ par le virus X4 et le virus R5. Les résultats obtenus démontrent une plus grande habilité de la souche R5 à moduler des gènes cellulaires que la souche X4. La liaison des virus aux cellules T CD4+ non-stimulées induit des événements de signalisation, comme la signalisation via le RCT et l'organisation de l'actine, qui sont favorables à l'activation des cellules T CD4+. Ce phénomène pourrait expliquer en partie pourquoi R5 est la principale souche observée tôt dans le processus naturel d'une infection. Le deuxième objectif consistait à identifier les facteurs de la réponse IFN modulés par le VIH chez les macrophages. TRAF6 a été identifié comme un facteur cellulaire de la réponse IFN ayant une propriété antivirale, tandis qu'IRF7 contribue positivement à la replication du VIH-1. Plus précisément, la présence d'IRF7 active la transcription de CARM1 lors d'une infection des macrophages par le VIH-1 et celui-ci semblerait augmenter la transcription du virus.

La sclérose en plaque (SEP) est une maladie auto-immune chronique du système nerveux central (SNC), maladie au cours de laquelle les cellules T endommagent la myéline. Les cellules T CD4⁺ jouent un rôle fondamental dans cette pathologie. Le modèle animal d'encéphalomyélite auto-immune expérimental (EAE) permet de reproduire les symptômes cliniques de la SEP chez la souris. Bien qu'une grande variété de cellules issues des systèmes immunitaires inné et adaptatif peuvent être impliquées dans la réponse inflammatoire du SNC, les cellules T CD4⁺ sont reconnues comme étant des intervenants importants dans l'initiation et la progression des cellules T vers l'autoréactivité. Dans notre laboratoire, nous travaillons avec la souris 1C6 qui est une souris transgénique pour le récepteur des cellules T (TCR). Cette souris génère des cellules T CD4⁺ et CD8⁺ avec la capacité de reconnaître le peptide MOG[₃₅₋₅₅]. Le développement de cette souris transgénique est un outil inestimable pour l'étude des rôles pathogéniques des différents sous-types de cellules T dans l'EAE. Toutefois, il est possible d'observer que l'exclusion allélique de la chaine α du TCR est incomplète par l'expression de TCR endogène toujours présent dans les souris 1C6. Afin d'obtenir des populations de cellules transgéniques pures, les souris 1C6 ont été croisées avec les souris déficientes en RAG-1. Les gènes RAG-1 et RAG-2 codent ensemble pour former un complexe responsable de la recombinaison V(D)J. Une altération fonctionnelle d'un seul des deux gènes permettraient d'éliminer l'expression endogène du TCR. Le rôle de l'inclusion allélique dans l'élaboration du répertoire de TCR chez la souris 1C6 n'est pas clair. Dans la première partie de ma thèse, j'ai démontré que l'inclusion allélique est cruciale dans la suppression de l'auto-immunité sévère du SNC chez les souris 1C6. J'ai utilisé des souris 1C6 x Rag1[exposant -/-] dérivées de croisements entre souris 1C6 et NOD Rag1[exposant -/-]. Cette lignée de souris ne permet pas la réorganisation des chaînes TCR α et β endogènes en raison de l'absence de RAG-1. Les souris 1C6 x Rag1[exposant -/-] possèdent moins de cellules T CD4⁺ , CD8⁺ et nous avons démontré que les souris 1C6 x Rag1[exposant -/-] développent une EAE spontanée contrairement aux souris 1C6 x Rag1[exposant +/+]. De plus, les souris 1C6 x Rag1[exposant -/-] présentent une EAE fatale suivant leur immunisation avec le peptide dérivé de la glycoprotéine oligodendrocyte de myéline MOG[₃₅₋₅₅] et ce, malgré l'absence de lymphocytes T CD8⁺ en provenance de la rate . Nos résultats démontrent un rôle essentiel du réarrangement des chaines de TCR dans le contrôle de la survie des cellules T ainsi que dans la sensibilité des souris 1C6 face à la maladie. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'ai investigué le rôle du complexe Endoplasmic Reticulum-Associated Degradation (ERAD) dans les cellules Th1 et Th17, deux sous-types de cellules T CD4⁺. ERAD est un système de contrôle qualité des protéines situé dans le réticulum endoplasmique (ER). Il permet de sélectivement éliminer les protéines mal repliées ou mal assemblées en les dirigeant vers le cytosol où elles sont dégradées par le système ubiquitine-protéasome (UPS). Sec61 joue un rôle important dans l'importation des protéines nouvellement synthétisées au niveau du ER tandis que le translocon p97 est crucial pour le transport rétrograde des protéines endommagées vers le cytosol. Bien que les rôles de Sec61 et de p97 aient largement été étudiés dans les maladies neurodégénératives et le cancer, leurs fonctions dans les maladies auto-immunes et dans la fonction des cellules T ne sont pas bien comprises. Des études ont démontré que le blocage de Sec61 avec la mycolactone a des effets inhibiteurs immédiats sur la production de cytokines par les cellules immunitaires. Par contre, l'utilisation de l'inhibiteur de Sec61 et la suppression des cytokines dans la SEP sont peu étudiés. Notre objectif est de vérifier les effets d'inhibiteurs de Sec61 et de p97 sur différents sous-types de cellules T. Dans cette étude, nous avons utilisé trois différents inhibiteurs : (1) Eeyarestatin I (ErsI) : inhibiteur de Sec6 et de p97 (2) NMS-873 : inhibiteur spécifique de p97 (3) Apratoxin A : inhibiteur spécifique de Sec61. En vérifiant les effets de ces molécules sur les cellules Th1 et Th17, nous avons observé une suppression substantielle des cytokines pro-inflammatoires dans les deux types de cellules. Elles diminuent également les niveaux de protéines de Stat-1 et de Stat-3, des facteurs des transcription impliqués dans la différenciation des cellules Th1 et Th17, respectivement. Nous avons aussi observé que l'administration du NMS-873 chez les souris C57BL6/J réduit la sévérité de l'EAE. Dans nos travaux futurs, nous explorerons le mécanisme par lequel ces inhibiteurs régulent la signalisation des lymphocytes T. Nous travaux présentent de nouvelles molécules et voies de signalisation d'intérêt pour la découverte de nouveaux traitements de la SEP en ciblant les cellules T CD4⁺. / Multiple sclerosis (MS) is a chronic autoimmune disease of CNS in which T cells direct an attack against myelin. CD4⁺ T cells plays a central role in pathogenesis of MS. Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) is an animal model of MS that recapitulates many of the immune aspects of its pathogenesis. Although various cell types of the innate and adaptive immune system may be responsible for the inflammatory response within the CNS, CD4⁺ T cells are considered as a critical contributor in the initiation and progression of autoreactive T cells. In our lab we used a 1C6 T cell receptor (TCR) transgenic mouse which generates both CD4⁺ and CD8⁺ T cells that recognize MOG[₃₅₋₅₅]. Indeed, the development of these TCR transgenic mice offered a promising tool to study the pathogenic role of individual subsets of T cells in EAE. However, we still observed endogenous TCR expression in these mice, indicating mainly the incomplete allelic exclusion of the TCRα chain. To obtain pure transgenic T cell populations, 1C6 mice were crossed with RAG-1 deficient mice. The RAG proteins (RAG-1 and RAG-2) together form a complex responsible for V(D)J rearrangement. Functional impairment of only one of the two genes was believed to eliminate any endogenous TCR expression. The role played by allelic inclusion in shaping the TCR repertoire of 1C6 mice is unclear. In the first part of the thesis, I have investigated that allelic inclusion is crucial in 1C6 mice for the suppression of severe CNS autoimmunity. I have used 1C6 x Rag1[exposant -/-] mice which are derived by crossing 1C6 with NOD Rag1[exposant -/-] mice. These mice cannot rearrange endogenous TCRα and β chains due to absence of Rag1. In 1C6 x Rag1[exposant -/-] mice numbers of both CD4⁺ and CD8⁺ T cells have diminished. We showed that 1C6 x Rag1[exposant -/-] mice develop spontaneous EAE but not 1C6 x Rag1[exposant +/+]. They also rapidly develop fatal EAE upon immunization with myelin oligodendrocyte glycoprotein MOG[₃₅₋₅₅] despite the lack of splenic CD8⁺ T cells. Our data show a critical role for endogenously rearranged TCR chains in mediating T cell survival and disease susceptibility in 1C6 mice. In the second part of the thesis, I have investigated the role of ER-associated degradation (ERAD) in Th1 and Th17 subsets of CD4⁺ T cells. ERAD is a protein quality system that removes misfolded, misassembled proteins in the ER by selectively dislocating them into the cytosol where they are subsequently degraded by the cytosolic ubiquitin proteasome system (UPS). Sec61 plays an important role in the import of newly synthesized proteins into the endoplasmic reticulum (ER), while the p97 translocon is crucial for the retrotranslocation i.e., reverse transport of misfolded proteins to the cytosol. However, while the role of sec61 and p97 has been investigated extensively in neurodegenerative diseases and cancer, their function in autoimmune disease, and in T cell function, are incompletely understood. Previous studies have shown that mycolactone-mediated Sec61 blockade has immediate inhibitory effects on the production of cytokines in immune cells. However, the suppression of cytokines by sec61 inhibitors is not completely explored in MS. Our aim is to investigate the effect of Sec61 and p97 inhibitors in different T cell subsets. In this study, we use three different inhibitors: (1) Eeyarestatin I (ErsI): inhibition of sec61 as well as p97 (2) NMS873: specific inhibitor of p97 (3) Apratoxin A (Apra A): specific inhibitor of Sec61. In this study we have observed that above inhibitors of ERAD substantially suppress the production of pro-inflammatory cytokines in Th1 and Th17 cells. Also decreases protein levels of major transcription factors Stat-1 and Stat-3 involved in differentiation of Th1 and Th17 cells, respectively. We also observed that administration of NMS873 reduces EAE severity in C57BL/6J mice. In future work, we will explore the mechanism by which these inhibitors regulate T cell signaling. Our work thus potentially uncovers novel molecules and pathways in CD4⁺ T cells that could be target for future therapy in MS.

Résumé La malaria et le VIH-l sont comptés parmi les maladies les plus meurtrières de ce siècle. Ensemble, elles causent plus de quatre millions de mort annuellement au niveau des mêmes régions géographiques, notamment en Afrique sub-saharienne. Les conséquences de cette co-infection sont des problèmes majeurs de la santé publique à l'échelle mondiale. L'agent responsable de la forme la plus sévère de la malaria est le parasite Plasmodium falciparum. Afin d'infecter correctement son hôte humain, le parasite doit dégrader l'hémoglobine en vu d'assurer son développement. Cette dégradation provoque la synthèse de molécules d'hème qui, étant toxique pour le parasite, seront cristallisées sous la forme de pigments malariques appelés hémozoïne (HZ). Ces pigments sont régulièrement associés directement ou indirectement à la physiopathologie de la malaria. Notre étude repose sur l'investigation de l'influence des pigments malariques sur l'infection rétrovirale du VIH-l dans les cellules les plus ciblées par ces deux infections: les cellules phagocytaires humaines dérivées de monocytes (MDC), à savoir les macrophages, les cellules dendritiques et les lymphocytes T CD4 +. Lorsque les pigments d' HZ sont présents dans les MDC, on observe une inhibition de l'infection virale mais une augmentation de la dissémination du VIH -1 dans les lymphocytes. En effet, dans les macrophages dérivés de monocytes cette phagocytose d' HZ est responsable de l'arrêt du cycle viral à une étape comprise entre la transcription inverse et l'intégration du VIH -1. Le mécanisme responsable de cette inhibition n'est pas tout à fait identifié, cependant l'explosion oxydative induite par la phagocytose d'HZ semble être responsable d'une inhibition de la production intracellulaire d'ATP, vitale pour le transport du VIH-l dans le noyau. En ce qui concerne les cellules dendritiques, les changements phénotypiques induits par l'HZ démontrent une diminution de l'expression du récepteur CCR5, essentiel pour l'entrée du VIH-l dans la cellule hôte. La présence d'HZ dans les MDC rend les cellules plus aptes à activer les lymphocytes, favorisant ainsi la réplication virale. Effectivement, l'HZ accroit la prolifération des lymphocytes T CD4+ résultant en une augmentation de l'infection et du transfert du VIH-l. Les co-infections étant de plus en plus contraignantes, il est primordial d'augmenter le nombre d'études fondamentales afin de mieux comprendre les interactions régissant l'aboutissement fatal de ces deux maladies. Ceci est impératif pour le développement de nouvelles thérapies combinatoires pour les patients co-infectés.

L’établissement de latence dans les lymphocytes T CD4+ mémoire est une des barrières majeures à l’éradication du VIH-1. Ces cellules infectées, mais qui sont peu ou pas transcriptionnellement actives sont immunisées aux trithérapies combinées qui ciblent les étapes de réplication virale. Les thérapies actuelles ne permettent cependant pas l’élimination des cellules déjà infectées. La stratégie « Shock and Kill », qui repose sur l’utilisation d’agents favorisant la réactivation virale dans les cellules infectées de façon latente, est prometteuse et pourrait, théoriquement, permettre l’élimination du VIH-1. Cependant, les agents actuellement étudiés sont non-discriminant envers les différentes populations cellulaires, infectées ou non. De plus, l’étude de l’impact de ces agents sur les macrophages, une population cellulaire clé dans l’établissement de l’infection et dans la progression de la maladie, semble avoir été négligée au détriment d’études spécifiquement axées sur les lymphocytes T CD4+. Nos résultats ont montré que le traitement des macrophages primaires humains avec les agents réactivateurs de la latence (LRA), particulièrement la bryostatin-1, un activateur de la voie PKC, est associé avec des augmentations importantes dans l’expression et la sécrétion de médiateurs proinflammatoires tels le CCL2/MCP-1, le CCL5/RANTES, l’IL-8/CXCL8 et le TNF. Ces modulations ne sont pas observées chez les lymphocytes T CD4+. De plus, la susceptibilité des macrophages à l’infection par le VIH-1 est diminuée suivant le traitement avec les agents réactivateurs. Finalement, le traitement des macrophages infectés à l’aide de la bryostatin-1 est associé à une diminution importante de la production ou du relargage de particules virales. Ces résultats montrent que l’effet des LRA sur les différentes populations cellulaires est très variable et qu’une meilleure connaissance des effets de ceux-ci est nécessaire. / Latency establishment in memory CD4+ T-lymphocytes is a major obstacle to HIV-1 eradication. Those infected, but poorly transcriptionally, cells are immune to combinatory antiretroviral therapy which target HIV-1 replication steps. Those therapie, therefore, don’t allow infected cells elimination. The Shock and Kill strategy, which relies on the use of agents that promote viral reactivation in latently infected cells is promising and could, theoretically, allow the elimination of HIV-1. However, the agents currently studied are non-discriminating towards the different cell populations, infected or not. In addition, the study of the impact of those agents on macrophages, which is a key cell population in the establishment of infection and progression of the disease, seems to have been neglected at the expense of studies specifically focused on CD4+ T lymphocytes. Our results have shown that the treatment of human primary macrophages with latency reactivating agents (LRAs), particularly the PKC activator bryostatin-1, is associated with a significant increase in the expression and secretion of pro-inflammatory mediators such as CCL2/MCP-1, CCL5/RANTES, IL-8/CXCL8 and TNF. These modulations are not observed in CD4+ T cells. In addition, the susceptibility of macrophages to HIV-1 infection is decreased following treatment with LRAs. Finally, the treatment of infected macrophages with bryostatin-1 is associated with a significant decrease in the production of viral particles. Those results show that the effect of LRAs on the different cell populations is very variable and that a better comprehension of the effects of these is necessary.

Depuis sa découverte en 1983, le virus du SIDA ne cesse de faire des ravages. Malgré l’apparition de la thérapie HAART, qui permet de prolonger l’espérance de vie des individus atteints, aucun traitement n’est actuellement disponible pour prévenir ou éradiquer complètement l’infection. Le virus mute beaucoup ce qui lui confère rapidement une résistance à l’ensemble des traitements utilisés. L’objectif actuel du monde scientifique est donc de développer d’autres cibles qui pourraient restreindre les effets indésirables des médicaments actuels tout en diminuant l’émergence de souches virales résistantes. Afin de développer ces nouveaux traitements, il est essentiel de mieux comprendre le comportement du virus et ce, sous diverses conditions de l’organisme. Mon projet de doctorat s’inscrit dans cette thématique puisqu’il a permis d’étudier le comportement du virus suite à la stimulation du TLR2, un récepteur essentiel à la reconnaissance, entre autre, de structures spécifiques des bactéries Gram positives. L’objectif global consistait à déterminer si la stimulation de ce TLR, par un ligand synthétique, avait des effets sur l’état d’activation et le taux d’infection des lymphocytes T CD4+ naïfs et mémoires de même que celui des cellules dendritiques. Les résultats obtenus indiquent que la stimulation du TLR2 augmente l’infection de ces deux types cellulaires et favorise également le transfert du virus des cellules dendritiques aux lymphocytes T CD4+. Sachant que l’activation des cellules favorise l’infection par le VIH 1 et que les produits bactériens présents dans la circulation sanguine lors de la translocation microbienne activent les lymphocytes T CD4+ et les cellules dendritiques, toutes les conditions sont alors réunies pour mener à une hyperactivation des cellules immunes. Ces résultats démontrent que la reconnaissance des produits microbiens par les TLR participe à la dissémination de l’infection en favorisant l’activation de cellules permissives à l’infection. / Since its discovery in 1983, HIV-1 continues to destroy many people lives and no treatment is actually available to treat or prevent infection. Despite the utilization of HAART therapy, the epidemy is still increasing and the worldwide really need new treatments. Due to his high capacity of mutations, HIV-1 rapidly develops resistance against all available treatments. The major aim of scientific community is to develop new therapeutics using different targets to try to avoid and control the resistance phenomenon. To develop these treatments, it is very important to acquire a better understanding of the HIV-1 biology. My doctorate project is tightly related to this because it permits to study the reaction of HIV-1 following TLR2 stimulation, a receptor very useful to sense pathogens. Since microbial translocation is a phenomenon frequently observed in HIV-1-patients, characterized by the presence of bacterial compounds into bloodstream, we evaluated if TLR2 stimulation, with a synthetic ligand, could modulated infection process. Our global objective was to determine if this stimulation could change the activation state and influence the infection in both CD4+ T lymphocytes and dendritic cells. Our results confirmed that TLR2 stimulation increases infection in both cell subtypes and also increases the transfer of viruses from dendritic cells to CD4+ T lymphocytes. Knowing that cell activation favors HIV-1 infection and that bacterial compounds present into bloodstream during microbial translocation stimulate TLR2 stimulation activates CD4+ T cells and dendritic cells, all conditions are put together to favors hyperactivation of the immune system. Our results demonstrate that TLR2 stimulation participates to HIV-1 dissemination by triggering activation of immune cells.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2005-2006 / Le HAART a véritablement révolutionné le traitement anti-VIH en diminuant la morbidité et la mortalité dues au SIDA. Toutefois, les succès demeurent partiels, car avec le temps l’apparition de souches résistantes diminue l’efficacité du traitement. L’un des défis du deuxième millénaire consiste à développer de nouvelles classes d’inhibiteurs efficaces à long terme, spécifiques et non toxiques. La compréhension des événements moléculaires et cellulaires intervenant lors de l’adsorption et de l’entrée du virus dans les cellules cibles représente actuellement une des voies abondamment étudiées. Mon projet de doctorat a ciblé deux facteurs cellulaires participant au processus infectieux du VIH-1. L’objectif premier consistait à déterminer l’influence de la molécule d’adhésion ICAM 1, ancrée dans l’enveloppe du VIH-1, et de son récepteur principal, l’intégrine LFA 1, lors des événements précoces du cycle viral. Les résultats obtenus confirment l’intervention active de l’ICAM-1 et du LFA-1 lors de l’attachement et de l’entrée du VIH 1 dans les lymphocytes T CD4+, un processus lié directement à l’état d’activation de l’intégrine sur les lymphocytes T. La liaison du virus aux intégrines induit des événements de signalisation qui sont favorables à la génération du pore de fusion. Ce phénomène augmente par conséquent l’accès du virus dans le cytoplasme des lymphocytes T CD4+ par la fusion des membranes virale et cellulaire. L’interaction entre les deux molécules d’adhérences permet aux virus de s’orienter vers des cellules hautement permissives à l’infection virale, lesquelles expriment des quantités élevées de LFA-1 dans un état d’affinité intermédiaire. Ces données indiquent que le LFA-1 est un cofacteur cellulaire non négligeable dans la pathogenèse virale, particulièrement lors des événements initiaux de l’infection. / Since the first isolation of HIV in 1983, huge progress has been made in understanding the biology of the virus and the pathogenesis related to viral infection. HAART has truly revolutionized anti-HIV treatment and reduces AIDS-associated mortality and morbidity. However, the emergence of drug-resistant viruses has decreased the efficiency of HAART. Hence, development of more potent and less toxic drugs than those currently in use represents the next challenges. Recent insights into molecular events involved in viral attachment and entry processes have permitted creation of fusion inhibitors, a new class of anti-HIV drugs. Unfortunately, a number of recent studies revealed that HIV can develop resistance against these new inhibitors. Thus, the understanding of cellular factors collaborating in the early steps of HIV life cycle should be helpful in development of anti HIV drugs that might be less sensitive to viral mutations. The principal goal of this project was to investigate whether HIV-1-anchored host ICAM-1 participates in the initial steps of HIV 1 life cycle by its interaction with the integrin LFA-1 on target cells. Results confirm the determinant role of this cellular interaction during attachment and entry of viral particles into CD4+ T lymphocytes, a phenomenon linked to the activation status of LFA 1. Altogether, these data provide additional clues of the active role played by HIV-1-anchored ICAM-1 and host LFA-1 in the viral life cycle. Such information could be useful in the development of complementary drugs working in combination with fusion inhibitors.

Les immunoglobulines intraveineuses (IgIV) sont utilisées dans le traitement de maladies auto-immunes et inflammatoires depuis le début des années 1980. L’accroissement constant de la consommation des IgIV augmente les risques de pénuries de ce produit pour lequel il n’existe encore aucun substitut. La compréhension des mécanismes d’action complexes et controversés de cet agent thérapeutique permettrait de rationaliser son utilisation et de développer des substituts. Sachant que les IgIV sont capables d’interférer avec la présentation d’antigène et la réponse des lymphocytes T CD4, les travaux présentés se sont intéressés aux caractéristiques physicochimiques responsables de ces effets, de même qu’à l’élargissement de nos connaissances des effets des IgIV sur la présentation et la réponse des lymphocytes T CD8. Ces connaissances permettront d’établir des fondements scientifiques pour le développement de substituts. Nous avons montré dans un premier temps qu’une préparation d’IgIV rendue fortement cationique (cIgIV) était capable d’inhiber la présentation d’antigènes et la réponse subséquente des lymphocytes T CD4 in vitro. Ensuite, des essais ont permis de démontrer la possibilité d’utiliser les cIgIV avec une bio distribution améliorée dans le foie et la rate chez la souris, mais le potentiel thérapeutique amélioré dans un modèle de thrombocytopénie passive n’a pu être démontré. Le deuxième volet de cette thèse a permis de dévoiler la capacité des IgIV d’inhiber l’activation et l’expansion des lymphocytes T CD8 in vitro et chez la souris. De plus, nous avons fait la preuve de la capacité des IgIV d’inhiber la cytotoxicité en réduisant l’expression de la perforine et en bloquant certains récepteurs des cellules T. Ces résultats permettent d’améliorer notre compréhension du rôle des IgIV dans le traitement des maladies auto immunes grâce à leur interférence avec la génération et la cytotoxicité effectrice des lymphocytes T CD8. / Intravenous immunoglobulins (IVIg) are used in the treatment of many inflammatory and autoimmune diseases since the beginning of the 80s. The constant increase of their use exposes the users and the providers to important shortage risks. A better understanding of their complex mechanisms of action would help in developing potential substitutes. Knowing that IVIg are able to modulate the immune function of antigen presenting cells and the resulting CD4 T cell response, work presented here questioned the physicochemical characteristics of IVIg which could be related to these effects, as well as to the extension of their effect to the CD8 T cell compartment. In the first part of this thesis, we showed that cationized IVIg (cIVIg) was capable to inhibit in vitro antigen presentation. Next, we showed that cIVIg displayed an ameliorated bio distribution in mice, although the therapeutic potential of the preparation could not be demonstrated in a passive model of throbomcytopenia. The second part of this thesis revealed a novel capacity of IVIg in inhibiting the activation and expansion of CD8 T cells in vitro and in immunized mice. Furthermore, IVIg were shown to reduce cytotoxicity by decreasing the expression of perforin and by blocking some T-cell receptors (TCR). These results provide a better understanding of the beneficial effects of IVIg in treated patients by providing an interference with the generation and effector functions of CD8 T cells. Altogether, this thesis propose a physicochemical characteristic, the cationic state, on which a potential substitute to IVIg could be further developed, as well as a novel inhibitory effect of IVIg on the generation and cytotoxic functions of CD8 T cells, which could help create alternative therapy to the scarce and expensive IVIg preparation.

L’immunopathogenèse de l’infection au VIH-1 est principalement causée par la déplétion des LT CD4 (lymphocytes T-CD4). Cette mort des LT CD4 dépend de plusieurs facteurs comme la lyse des LT CD4 infectés et la présence de vésicules extracellulaires et d’exosomes libérées par les cellules dendritiques et les LT CD4 infectés au VIH-1. L’analyse protéomique des exosomes issus des cellules dendritiques mises en culture avec le VIH-1 a révélé la présence de molécules pro-apoptotiques comme le Dap-3 (Death Associated Protein 3). Nous avons proposé comme hypothèse que le Dap-3 puisse être contenu dans d’autres types de vésicules extracellulaires et que le Dap-3 vésiculaire contribue à la déplétion des LT CD4. Après avoir optimisé l’immunobuvardage avec l’anti-Dap-3, nous avons déterminé la présence de Dap-3 dans les vésicules extracellulaires issues des cellules RAJI-CD4-DCIR infectées au VIH-1. L’utilisation de gradients de vélocité nous a permis d’observer la présence de Dap-3 dans les fractions du gradient contenant les exosomes issus des cellules RAJI-CD4-DCIR infectées, mais également dans d’autres fractions du gradient de vélocité encore non caractérisées. Chez les patients, nous avons montré une hétérogénéité des vésicules extracellulaires dans les fractions du gradient de vélocité issues des plasmas des patients VIH-1+. Ces résultats indiquent la présence de plusieurs populations de vésicules extracellulaires séparées par la méthode du gradient de vélocité. Enfin, la transfection des cellules RAJI-CD4-DCIR et des cellules dendritiques a été mise au point avec les ARN anti-sens de Dap-3 afin de produire éventuellement des vésicules Dap-3 négatives. Ce projet de recherche aura permis de valider les outils nécessaires à la poursuite de l’étude du rôle de Dap-3 dans la pathogenèse de l’infection au VIH-1.