La disponibilité des antirétroviraux,ARV pour traiter les patients infectés par le VIH a été l’un des plus grands défis de santé publique ces dernières années. Actuellement, de nouveaux ARV sont en cours de développement ou déjà disponibles, comme les inhibiteurs non-nucléosidiques de la transcriptase inverse de deuxième génération, les inhibiteurs d'intégrase et les inhibiteurs d’attachement (inhibiteurs d'entrée du virus dans la cellule). Cependant, le succès à long terme de ces traitements se heurte à plusieurs problèmes, dont l’émergence de souches résistantes du VIH aux ARV. Alors que les connaissances portent essentiellement sur le VIH-1 prévalent dans les pays du Nord, le sous-type B, la majorité des infections mondiales à VIH est causée par les sous-types non B, majoritairement présents dans les pays du Sud. L’accès aux ARV étant de plus en plus important dans les pays du Sud, il est donc important d’étudier les bases moléculaires de la résistance des VIH-1 de sous-type non-B. Dans une première partie de cette thèse, nous avons évalué la résistance primaire chez des patients infectés par le VIH dans deux contextes différents de prise en charge, au Sud (Mali) et au Nord (Hôpital de la Pitié-Salpêtrière, France). Les résultats montrent une augmentation de la résistance primaire au cours du temps au Mali, probablement liée à un accès élargi aux ARV. Nous avons également observé une fréquence de mutations de résistance plus élevée chez les virus de sous-type non-B versus sous-type B. Dans la seconde partie de ce travail, nous avons caractérisé les profils de résistance génotypique chez des patients sous traitement de première ligne depuis au moins trois ans au Mali. Nous rapportons un niveau élevé de résistance aux inhibiteurs non-nucléosidiques de la transcriptase inverse de première et de seconde génération. Enfin, dans la troisième partie de cette thèse nous nous sommes intéressés à l’étude du polymorphisme au niveau des codons nucléotidiques codant pour les acides aminés impliqués dans la résistance aux nouvelles molécules. Nous avons d’abord comparé la barrière génétique à la résistance entre les sous-types B et CRF02_AG pour la rilpivirine et l’étravirine, inhibiteurs de la transcriptase inverse de deuxième génération. Puis, nous avons comparé la barrière génétique entre le sous-type B et différents sous-types non B (C, D, CRF02_AG et CRF01_AE) pour l’inhibiteur d’attachement, BMS-626529.Les résultats montrent que la barrière génétique des sous-types non B est proche de celle du sous type B pour ces nouvelles molécules. / The availability of antiretroviral therapies, ART to treat HIVinfected patients has been one of the greatest public health concerns in the recent years. Currently, new ART are under development or already available, such as non-nucleoside reverse transcriptase second-generation,integrase inhibitors and attachment inhibitors (inhibitors of viral entry into the cell). However, the long-term success of these treatments faces several challenges, including the emergence of resistances to ART. Also, while most available data being focused on the subtype B of HIV-1 (themost prevalent in northern countries), the majority of HIVcases worldwide are caused by the non-B subtypes, mostly in the South. Access to ARTin this part of the World is significantly and regularly increasing, and therefore highlights again the need to study the molecular basis of resistance of that subtype non-B of HIV-1.In the first part of this thesis, we evaluated the primary resistance withHIV infected patients in two different contexts of health care, South (Mali) and the North (Pitié-Salpêtrière, France). The results show an increase in primary resistance over time in Mali, probably due to an expanded access to ART in the country. We also observed a higher frequency of resistance mutations in virus non-B subtype compared to thesubtype B. In the second part of this work, we characterized the genotypic resistance profiles in patients that received first-line treatment for at least three years in Mali. We found a high level of resistance to non-nucleoside reverse transcriptase first and second generations. Finally, in the third part of this thesis we were interested in studying the nucleotide polymorphism of codons encodingamino acids involved in new drugsresistances. We first compared the genetic barrier to resistance between subtypes B and CRF02_AG for rilpivirine and etravirine, inhibitors of reverse transcriptase second generation. Then, we compared the genetic barrier between subtype B and different non-B subtypes (C, D, CRF01_AE and CRF02_AG) for the attachment inhibitor, BMS-626529. The results show that the genetic barrier of non-B subtypes is similar to those of subtype B for these new molecules.

Cette thèse traite de la résistance du VIH-1 aux antirétroviraux, en particulier de l'activité antivirale de plusieurs inhibiteurs non nucléosidiques de la transcriptase inverse (INNTI) ainsi que des inhibiteurs de protéase (IP). Nous avons exploré l’émergence et la spécificité des voies de mutations qui confèrent la résistance contre plusieurs nouveaux INNTI (étravirine (ETR) et rilpivirine (RPV)) (chapitres 2 et 3). En outre, le profil de résistance et le potentiel antirétroviral d'un nouvel IP, PL-100, est présenté dans les chapitres 4 et 5. Pour le premier projet, nous avons utilisé des sous-types B et non-B du VIH-1 pour sélectionner des virus résistants à ETR, et ainsi montré que ETR favorise l’émergence des mutations V90I, K101Q, E138K, V179D/E/F, Y181C, V189I, G190E, H221H/Y et M230L, et ce, en 18 semaines. Fait intéressant, E138K a été la première mutation à émerger dans la plupart des cas. Les clones viraux contenant E138K ont montré un faible niveau de résistance phénotypique à ETR (3,8 fois) et une diminution modeste de la capacité de réplication (2 fois) par rapport au virus de type sauvage. Nous avons également examiné les profils de résistance à ETR et RPV dans les virus contenant des mutations de résistance aux INNTI au début de la sélection. Dans le cas du virus de type sauvage et du virus contenant la mutation unique K103N, les premières mutations à apparaître en présence d’ETR ou de RPV ont été E138K ou E138G suivies d’autres mutations de résistance aux INNTI. À l’inverse, dans les mêmes conditions, le virus avec la mutation Y181C a évolué pour produire les mutations V179I/F ou A62V/A, mais pas E138K/G. L'ajout de mutations à la position 138 en présence de Y181C n'augmente pas les niveaux de résistance à ETR ou RPV. Nous avons également observé que la combinaison de Y181C et E138K peut conduire à un virus moins adapté par rapport au virus contenant uniquement Y181C. Sur la base de ces résultats, nous suggérons que les mutations Y181C et E138K peuvent être antagonistes. L’analyse de la résistance au PL-100 des virus de sous-type C et CRF01_AE dans les cellules en culture est décrite dans le chapitre 4. Le PL-100 sélectionne pour des mutations de résistance utilisant deux voies distinctes, l'une avec les mutations V82A et L90M et l'autre avec T80I, suivi de l’addition des mutations M46I/L, I54M, K55R, L76F, P81S et I85V. Une accumulation d'au moins trois mutations dans le rabat protéique et dans le site actif est requise dans chaque cas pour qu’un haut niveau de résistance soit atteint, ce qui démontre que le PL-100 dispose d'une barrière génétique élevée contre le développement de la résistance. Dans le chapitre 5, nous avons évalué le potentiel du PL-100 en tant qu’inhibiteur de protéase de deuxième génération. Les virus résistants au PL-100 émergent en 8-48 semaines alors qu’aucune mutation n’apparaît avec le darunavir (DRV) sur une période de 40 semaines. La modélisation moléculaire montre que la haute barrière génétique du DRV est due à de multiples interactions avec la protéase dont des liaison hydrogènes entre les groupes di-tétrahydrofuranne (THF) et les atomes d'oxygène des acides aminés A28, D29 et D30, tandis que la liaison de PL-100 est principalement basée sur des interactions polaires et hydrophobes délocalisées à travers ses groupes diphényle. Nos données suggèrent que les contacts de liaison hydrogène et le groupe di-THF dans le DRV, ainsi que le caractère hydrophobe du PL-100, contribuent à la liaison à la protéase ainsi qu’à la haute barrière génétique contre la résistance et que la refonte de la structure de PL-100 pour inclure un groupe di-THF pourrait améliorer l’activité antivirale et le profil de résistance. / This thesis focuses on HIV-1 drug resistance and on the antiviral activity of several non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NNRTIs) and protease inhibitors (PIs). We have explored the mutational pathways and resistance patterns of several new NNRTIs (etravirine (ETR) and rilpivirine (RPV)) (Chapters 2 and 3). In addition, the drug resistance profile and potential of a novel protease inhibitor (PI) PL-100 is presented in Chapters 4 and 5. In the first project, we used both B and non-B subtypes of HIV-1 to select for ETR resistance and showed that ETR selected for mutations at positions V90I, K101Q, E138K, V179D/E/F, Y181C, V189I, G190E, H221H/Y and M230L within 18 weeks of commencing drug pressure. Interestingly, E138K was the first mutation to emerge in most instances. Viral clones containing E138K displayed low-level phenotypic resistance to ETR (3.8-fold) and modestly impaired replication capacity (2-fold) compared to wild-type virus. We also examined resistance patterns to ETR and RPV in viruses containing NNRTI mutations at baseline. In wild-type (wt) viruses and viruses containing K103N alone, E138K or E138G mutations were observed in the presence of either ETR or RPV drug pressure followed by the appearance of other NNRTI resistance mutations. Alternatively, subtype B viruses containing Y181C generated V179I/F or A62V/A on exposure to ETR or RPV drug pressure, respectively, but not E138K. The addition of mutations at position 138 to Y181C did not significantly enhance levels of resistance to ETR or RPV. We also observed that the combination of Y181C and E138K may lead to a less fit virus compared to virus containing Y181C alone. Based on these findings, we suggest that Y181C may be antagonistic to E138K. The tissue culture drug resistance analysis of PL-100 in subtype C and CRF01_AE viruses is described in Chapter 4. PL-100 selected for PI resistance mutations along either of two distinct pathways, one of which involved resistance mutations at positions V82A and L90M while the other involved a mutation at position T80I, with other mutations being observed at positions M46I/L, I54M, K55R, L76F, P81S and I85V. An accumulation of at least three mutations in the protease flap and enzyme active sites were required in each case for high-level resistance to occur, demonstrating that PL-100 has a high genetic barrier against the development of drug resistance. In Chapter 5, we evaluated the potential of PL-100 as a second generation HIV-1 protease inhibitor. PL-100 resistant variants emerged within 8-48 weeks while darunavir (DRV) did not select for resistance mutations over a period of 40 weeks. Structural modeling demonstrated that the high genetic barrier of DRV is due to numerous interactions with protease that include hydrogen-bonding to PR backbone oxygens at amino acid positions A28, D29 and D30 via di-tetrahydrofuran (THF) groups, while binding of PL-100 was predominantly based on polar interactions and delocalized hydrophobic interactions through its diphenyl groups. Our data suggest that hydrogen bonding contacts and the di-THF group in DRV, as well as the hydrophobic nature of PL-100, contribute to PI binding and a high genetic barrier for resistance and that redesigning the structure of PL-100 to include a di-THF group might improve it antiviral potency and drug resistance profile.

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