La protéine de capside du virus de la mosaïque de la papaye (PapMV CP) s’assemble autour d’un ARN simple brin pour former des nanoparticules. Nous avons montré que ces nanoparticules peuvent être fusionnées à des épitopes peptidiques permettant le développement d’une réponse immunitaire protectrice. Le C-terminal de la protéine a été utilisé comme site de fusion dans nos études précédentes. Récemment, nous avons découvert que des fusions après le résidu 12 ou 187 de la CP démontrent aussi un potentiel pour fusionner les épitopes d’intérêt. Le but de ce projet de recherche est de déterminer la capacité d’induire une réponse cellulaire en utilisant des nanoparticules PapMV CP fusionnées à un épitope cellulaire sur différents sites de fusion. L’immunisation de souris avec les particules recombinantes a permis de démontrer qu’une fusion au N-terminus était plus efficace pour induire la prolifération des lymphocytes T CD8+ spécifiques. De plus, les résultats révèlent que la multimérisation de la CP sous forme de nanoparticules est un critère requis pour induire une réponse cellulaire.

La protéine Tat du VIH-1 est principalement connue pour son rôle majeur dans l’élongation de la transcription des gènes viraux. Cependant, plusieurs études ont montré que Tat pouvait être impliquée dans la rétrotranscription, étape précoce du cycle de réplication du VIH-1 et antérieure à l’intégration du génome viral dans la cellule hôte. Si Tat est impliquée dans la rétrotranscription, sa présence dans la particule virale pourrait procurer au virus un avantage cinétique. Pourtant, malgré une étude de protéomique l’ayant mis en évidence dans des virions purifiés, Tat n’est toujours pas considérée comme étant incorporée aux particules virales. Récemment, nous avons montré une interaction entre Tat et la cyclophiline A (CypA), une prolyl isomérase cellulaire. Cette protéine est connue pour être incorporée dans les particules virales via son interaction avec le domaine capside (CA) de la protéine Gag virale.Les données sur l’interaction de Tat avec CypA et l’implication de Tat dans l’étape précoce de rétrotranscription, nous ont conduits à formuler l’hypothèse suivante : L’interaction de Tat avec CypA permettrait son incorporation dans les particules virales et Tat serait donc présente dans les toutes premières étapes de l’infection des cellules hôtes par le VIH-1.Dans les travaux présentés, nous avons confirmés par GST pulls down et co-immunoprécipitation l’existence d’un complexe CA-CypA-Tat. Le complexe a pu être purifié par gel filtration. Puis, nous avons montré la présence de Tat dans les particules virales par deux approches complémentaires : une approche par western blot sur des particules virales purifiées, l’autre par microscopie à force atomique couplée à la microscopie à fluorescence. Grâce à un test fonctionnel, nous avons montré que Tat, associée au VIH-1, est fonctionnelle et délivrée dans le cytoplasme des cellules nouvellement infectées. Enfin, les interactions entre CA, CypA et Tat ont été caractérisées par différentes approches biochimiques faisant appel à des protéines purifiées. Les données de thermophorèse indiquent que l’affinité de Tat pour le complexe CA-CypA est plus forte que pour la CypA seule. Donc, dans une cellule infectée, Tat se fixerait préférentiellement sur la CypA déjà complexée à CA. Le complexe CA-CypA étant majoritairement retrouvé au niveau du site d’assemblage du virus, cela pourrait favoriser l’incorporation de Tat dans les virus.La mise en évidence de Tat dans les particules virales permettra sans doute d’apporter un angle de vue nouveau sur la réplication du VIH-1, en particulier sur les étapes précoces du cycle viral. Ces résultats pourraient initier le développement d’inhibiteurs de l’incorporation de Tat pour une application thérapeutique. / HIV-1 protein Tat is essentially known for its key role in the transcription elongation of the viral genes. However, several studies showed that Tat could favor reverse transcription. This early and essential step of HIV-1 replication cycle takes place before the integration of viral genome into cellular DNA and therefore prior to the production of the viral proteins. If Tat is involved in reverse transcription, its presence in viral particles might give a kinetic advantage to the virus. Yet, Tat is still not considered as incorporated into the virus, even though a proteomic study identified Tat in purified viral particles. Our team recently demonstrated an interaction between Tat and cyclophilin A (CypA), a cellular prolylisomerase. The latter is known for being incorporated into HIV-1 virions via its binding to the capsid (CA) domain of HIV-1 Gag protein.The evidences for Tat positive effect on reverse transcription and Tat-CypA interaction led us to formulate the following hypothesis: the Tat-CypA interaction enables HIV-1 Tat protein incorporation into viral particles.In the present work, we confirmed, using both co-immunoprecipitation and GST-pull down assays, the existence of a CA-CypA-Tat complex. In addition, this complex could be purified by gel filtration. We accordingly demonstrated the presence of Tat inside viral particles by two complementary methods: the western blot analysis of purified virions and atomic force microscopy coupled with fluorescence microscopy. Through a functional test, we found that Tat, incorporated by HIV-1, is functional and delivered to the cell cytoplasm of newly infected cells. Additionally, CA, CypA and Tat interactions were characterized by several biochemical techniques using purified proteins. Thermophoresis results indicated that Tat affinity is stronger for the complex CA-CypA than for CypA alone. Hence, in infected cells, Tat will preferably bind a CypA protein already complexed with CA compared to cytosolic CypA, thereby favoring Tat encapsidationThe demonstration that Tat is present into viral particles may bring a new point of view on HIV-1 replication cycle, especially for viral reverse-transcription and transcription steps. Our results could initiate the development of Tat encapsidation inhibitors that might have future therapeutic application.

Le circovirus porcin de type 2 est responsable de la maladie d’amaigrissement du porcelet. Il est différent du circovirus porcin de type 1 qui est non pathogène. Nous disposons de peu de données pouvant expliquer pourquoi le virus PCV2 est pathogène et le virus PCV1 ne l’est pas. De plus les bases moléculaires soutenant la pathogénicité du PCV2 et l’immunodépression induite par le PCV2 sont mal comprises. Dans cette étude nous avons montré que la protéine gC1qR était capable d’interagir de façon différentielle avec les protéines de capside (Cap) de circovirus pathogène PCV2 et non pathogène PCV1. La protéine de capside de PCV1 isolée d’un porcelet issu d’un élevage était incapable d’interagir avec la protéine gC1qR. Il a été également montré que la région de la protéine Cap PCV2 impliquée dans l’interaction avec gC1qR était comprise dans les 59 acides aminés N-terminaux, région riche en arginine. Il a été également mis en évidence que les transcrits de gC1qR étaient sous-régulés in vitro et in vivo après une infection par le virus PCV2 au temps court de l’infection. Une sous-régulation de gC1qR induite par ARN interférence en cellules permissives rénales de porc PK15 n’induisait cependant ni une diminution de la réplication du virus PCV2, ni une diminution de formation de ses particules infectieuses. Ce travail apporte de nouveaux éléments pour comprendre l’adaptation des souches de circovirus porcins à leur hôte ainsi que son interaction avec les protéines de son hôte. / The porcine circovirus type 2 is the causal agent of the post-weaning multisystemic wasting syndrome. It is different from porcine circovirus type 1 which is non-pathogenic. We have little data that could explain why the PCV2 is pathogenic and PCV1 is not. The molecular basis supporting the pathogenicity of PCV2 and the induced immune-depression is misunderstood. It has been shown that the capsid protein (Cap) of the porcine circovirus was able to interact differentially with the capsid protein of the pathogenic circovirus PCV2 and nonpathogenic PCV1. Cap proteins from PCV1 virus isolated from a piglet was unable to interact with gC1qR. It has also been shown that the Cap PCV2 region involved in the interaction with gC1qR was included among the 59 N-terminal amino acids, an arginine-rich region. It was also shown that gC1qR transcripts were down-regulated in vitro and in vivo after infection with PCV2 virus at the beginning of infection. A siRNA-mediated downregulation of gC1qR in the PK15 permissive cells did not induce a modification of the replication of PCV2 virus and neither the production of infectious viral particles. This work provides new evidence for understanding the adaptation of porcine circovirus strains to their host as well as its interaction with its host proteins.

La mise au point en 2005 d’un modèle de propagation sur lignée d’hépatocarcinome basé sur la souche hautement réplicative JFH-1 fut une formidable opportunité d’étudier les différentes étapes du cycle infectieux du VHC. Nous avons souhaité étudier les étapes de morphogenèse et de sécrétion du virus, des phases du cycle viral qui sont largement mal connues encore aujourd’hui, mais ou la protéine de capside joue probablement un rôle majeur. Des études comparatives des séquences de capsides de différentes souches du VHC nous ont permis de mettre en évidence 10 résidus spécifiques à la souche JFH-1 qui pourraient expliquer les déficits fonctionnels connus de cette protéine. En effet, le remplacement de ces 10 résidus par ceux plus communément retrouvés dans les souches de génotype 1 et 2 a permis une amélioration significative de l’assemblage et de la sécrétion des particules infectieuses produites. La mise au point de cette souche optimisée pour la production de virus pourrait par ailleurs permettre constituer un atout pour mieux comprendre la structure du virus par des techniques de microscopie électronique ; ce type d’étude n’ayant pas pu être véritablement menée jusqu’à présent, en raison des titres infectieux insuffisants obtenus avec la souche JFH-1 sauvage. / Development and cloning in 2005 of the highly replicative strain JFH-1 was a great opportunity to study the different stages of the infectious cycle of HCV as this strain easily propagate in the hepatocellular carcinoma cell line. Until now, these lates phases of particles assembly remain poorly understood, although the core protein is thought to probably play a major role in initiation of these mechanisms. Comparative studies of the capsid sequences of different strains of hepatitis C have allowed us to identify 10 specific residues in the JFH-1 strain that could explain the functional deficits of this protein. Indeed, the replacement in JFH-1 strain of these 10 residues by those most commonly found in strains of genotype 1 and 2 showed improvement of the assembly and secretion of new infectious particles and new subcellular localization of core. In addition, replacement of these ten residues by most common amino acid found in patients show a great enhancement of in vitro virus production and secretion. As a perspective, development of this optimized virus could also represent a valuable model to better purify and determine viral structure, and true viral assembly site; HCV fields that remain till now largely unknown.

Le norovirus est le virus de la gastroentérite virale aiguë chez les humains et les animaux. Chaque année, il est responsable de la mort de près de 220 000 personnes et un coût de près de 65 milliards d’euros.C’est un petit virus à ARN simple brin de polarité positive. Sa capside icosaédrique est composée de 90 dimères d’une seule protéine structurale (VP1) à deux domaines : le domaine de spicule (P) exposé à l’environnement biologique, et le domaine shell (S) qui est le module d’assemblage de la capside. Un intermédiaire d'assemblage serait le pentamère de dimères, mais expérimentalement c'est un intermédiaire de 10-11 dimères qui a été rapporté.En utilisant des approches computationnelles (modélisation par homologie, recuit simulé, simulation de dynamique moléculaire avec des systèmes tout atomes ou en gros grains) nous cherchons à déterminer les bases moléculaires de l’assemblage de la capside des norovirus.Nos résultats sur la brique d’assemblage de la capside (dimère de VP1) indiquent la présence d’une asymétrie pouvant avoir un rôle dans les premières étapes d’autoassemblage, que nous confirmons expérimentalement par SAXS.Nos résultats sur de plus gros assemblages (pentamère et hexamère de dimère) révèlent également une rupture de symétrie dans le pentamère de dimère, laissant une position privilégiée pour l’insertion d’un dimère supplémentaire et favorisant une croissance anisotropique.Nous complétons et précisons ainsi le modèle d’assemblage initialement publié par notre équipe en 2013. / Noroviruses are the leading cause of acute viral gastroenteritis in humans and animas. Each year, they are responsible for 220 000 deaths and cost close to 65 billion euros.It’s a small single-stranded positive sense RNA virus. The capsid is composed of 90 dimers of a single structural protein (VP1) which consists of two main domains: the protruding domain (P) exposed to the biological environment, and the shell domain (S) which is the assembly module of the capsid .Using computational approaches such as homology modelling, simulated annealing, molecular dynamic simulations in all atoms and coarse grains systems, we are looking to determine the molecular basis of norovirus capsid assembly.Our results on the capsid assembly brick (dimer of VP1) indicate the presence of an asymmetry that can have a role in the first stages of self-assembly, which we confirm experimentally by SAXS.Our results on larger VP1 assemblages (pentamer and hexamer of dimers) also reveal a disruption of symmetry in the pentamer of dimer, leaving a preferred position for the insertion of an additional dimer and promoting anisotropic growth.We complete and specify the assembly model originally published by our team in 2013.

Le Virus de la Mosaïque de la Papaye (PapMV) est un virus filamenteux flexible. Sa protéine structurale, la capside (CP), est composée de 215 acides aminés. Le but du projet est de déterminer les domaines de la CP du PapMV impliqués dans l'assemblage viral. En utilisant un système d'auto-assemblage dans E. coli, nous avons confirmé que l'extrémité C-terminale de la CP est exposée à la surface des pseudo nucléocapsides virales (PNVs) et que la partie N-terminale est impliquée dans la multimérisation de la protéine. De plus, nous avons identifié les acides aminés importants dans l'interaction avec l'ARN. Les résidus cystéine de la CP sont importants à la stabilité de la protéine et à sa capacité à former des PNVs. La mutation de la Glu128 en alanine a permis d'augmenter l'efficacité de l'auto-assemblage en PNVs. Il s'agit d'un travail original et unique chez les virus filamenteux du genre potexvirus.

Le virus de l'hépatite C (VHC) infecte plus de 170 millions de personnes dans le monde. À l'heure actuelle, les thérapies utilisées contre ce virus sont insatisfaisantes. La protéine de la capside (C) du VHC est impliquée dans l'assemblage viral et l'encapsidation du génome. Les domaines chargés positivement de la moitié NH2-terminale de la protéine C (C 1-82) sont suspectés être responsables de l'interaction avec l'ARN viral génomique. Dans cette étude, différents mutants (ponctuels et de délétion) de la C 1-82 ont été générés et exprimés dans E. coli afin d'identifier une (des) région(s) de la protéine essentielle(s) pour l'assemblage viral. Or, tous les mutants produits dans cette étude ne sont affectés ni dans la reconnaissance de l'ARN ni dans la formation de pseudo-nucléocapsides virales (PNV). Ces résultats suggèrent que c'est la charge globale de la protéine qui est importante pour l'interaction avec l'ARN et non une région précise dans la portion NH2-terminale.

Les étapes précoces du cycle réplicatif du VIH-1 sont assistées par des cofacteurs cellulaires dont la nature et la fonction restent mal connues. Nos travaux ont caractérisé la contribution de la protéine kinase dépendante de l'AMP cyclique (PKA), dans la cellule cible ou incorporée dans la particule virale VIH-1, dans les étapes post-entrée du cycle réplicatif. Les virus dépourvus d'activité PKA se caractérisent par un défaut de la synthèse de l'ADN proviral. En absence de Nef, la perte d'activité PKA associée aux particules VIH-1 induit une baisse plus modérée du pouvoir infectieux. En outre, le contournement des voies d'entrée classiques, par l'utilisation de particules pseudotypées, rend l'infectiosité indépendante de l'activité PKA. L'action de PKA s'exercerait donc au sein de la particule VIH-1 assemblée et impliquerait à la fois la protéine Nef et les voies de transport des complexes de transcription inverse au cours des étapes post-entrée. De plus, l'inhibition de l'activité PKA dans les cellules cibles entraîne également un défaut de synthèse de l'ADN proviral. Nos résultats indiquent que PKA agit comme un cofacteur de la transcription inverse. / The nature and function of cellular factors involved in post-entry steps of the HIV-1 life cycle are still poorly understood. We highlighted the role of cAMP-dependent protein kinase (PKA) in the early step of viral cycle, either as a host cellular protein in infected cells or as an incorporated protein into HIV-1 particles. PKA-deficient viruses failed to synthesize proviral DNA. In the absence of Nef, the loss of PKA activity associated to HIV-1 particles induces a minor diminution of infectiousness. Accordingly, VSV-G pseudotyped viruses, that use alternate entry pathway, exhibit full infectivity regardless of PKA deficiency. PKA action could therefore take place in the assembled HIV-1 particles, implying Nef protein and intracellular pathways of reverse transcription complexes. Moreover, the inhibition of PKA activity in target cells engenders a defective proviral DNA synthesis. Taken together, our data suggest that PKA may act as a cofactor required for HIV-1 reverse transcription.

Nous avons mis en place au cours de ce travail de thèse différentes stratégies permettant d’améliorer l’efficacité thérapeutique des adénovirus (Ad) oncolytiques contre différents types de tumeurs. Une première stratégie a été de combiner un inhibiteur d’histone-désacétylase, l’acide valproique (VPA) avec un Ad oncolytique à capside sauvage E1Δ24 (CRAd) dans le traitement de carcinomes côliques. Nous avons dans un premier temps démontré que la combinaison du CRAd et du VPA permettait une diminution plus importante de la survie des cellules cancéreuses côliques comparé au simple traitement basé sur le CRAd ou le VPA in vitro mais aussi in vivo.De plus, nous avons observé que cet effet n’était pas lié à une meilleure réplication du CRAd par le VPA. En effet, le VPA provoquait un ralentissement de la réplication virale à des temps précoces mais ne modifiait pas la production virale. Nous avons également découvert que le co-traitement CRAd+VPA conduisait à une forte inhibition de la croissance cellulaire mais aussi à une mort cellulaire non apoptotique. Par ailleurs, nous avons mis en évidence que les cellules co-traitées par le CRAd et le VPA affichaient une forte polyploïdie accompagnée d’une augmentation de la phosphorylation de l’histone H2AX, un marqueur de dommages à l’ADN. Une deuxième stratégie a été de fournir aux Ad oncolytiques de nouvelles voies d’entrée afin d’infecter et de détruire plus efficacement des cellules de carcinomes rénaux réfractaires à l’infection adénovirale. Nous avons démontré que les CRAd à hexon modifié porteurs d’un ligand CKS-17 (Ad-HCKS-17-E1Δ24) ou à fibre modifiée de sérotype 3 (AdF3-E1Δ24) étaient capables d’infecter et de tuer plus efficacement ces cellules qu’un CRAd à capside sauvage in vitro. Malheureusement in vivo, les modifications de capside n’ont permis ni d’améliorer l’entrée des CRAd dans les tumeurs rénales, ni d’améliorer leur efficacité anti-tumorale. Cependant, nous avons observé qu’après administration intra-tumorale, les Ad à capside modifiée présentaient un plus faible tropisme hépatique comparé à un Ad à capside sauvage. / During this thesis, we investigated different strategies to increase the therapeutic effects of oncolytic adenovirus (CRAd) to fight several kinds of tumors.The first strategy seeks to evaluate in human colon carcinomas the association of a CRAd bearing Δ24 deletion in E1A with valproic acid (VPA), a histone deacetylase inhibitor. Interestingly, this combination led to a dramatic reduction of cell survival both in vitro and in vivo compared to single treatment with CRAd or VPA. This effect did not stem from a better CRAd replication and production in the presence of VPA. Inhibition of cell proliferation and a non-apoptotic cell death were shown to be two mechanisms mediating the effects of the combined treatment. Interestingly, whereas cells treated only with CRAd displayed a > 4N population and polyploidy, this phenotype was strongly increased in cells treated with both CRAd and VPA. In addition, the increase in polyploidy triggered by a combined treatment with CRAd and VPA was associated with the enhancement of H2AX phosphorylation (γH2AX), a hallmark of DNA damage. The second strategy developed aimed to find new entry pathways allowing CRAd to better infect and kill renal tumor cells, known to be refractory of Ad infection. We demonstrated that CRAd with capsid modified (Ad-HCKS-17-E1Δ24 and AdF3-E1Δ24), containing respectively a ligand CKS-17 in hexon or a fiber of serotype 3, were more efficient to infect different renal cell carcinomas in vitro compared to a CRAd with a wild type capsid. However, these capsid-modified oncolytic adenovirus provoked, neither increase of the infection level, nor a better efficacy of growth inhibition in renal tumor xenografts bearing by nude mice. Nevertheless, both types of modifications reduce Ad ability to transduce hepatocytes after intratumoral injection.

Le bactériophage T5 est un virus infectant E. Coli. L’assemblage et la maturation de sa capsidecomportent plusieurs étapes critiques pour la formation des virions lors du cycle infectieux.Parmi ces étapes, j’ai étudié les processus d’expansion et de décoration de la capside de T5.L’expansion implique d’importantes réorganisations conformationnelles des 775 sous-unités de laprotéine pb8 composant la capside, conduisant au doublement du volume de la capside qui peutalors contenir le génome du phage. J’ai déterminé des conditions physico-chimiques permettantd’induire l’expansion de la capside in vitro, puis j’ai effectué des expériences de SAXS résoluesdans le temps montrant que l’expansion est un processus hautement coopératif, qui conduit, en uneétape, à un état final remarquablement stable. D’autre part, j’ai réalisé une étude fonctionnelle de laprotéine de décoration pb10, montrant que sa fixation est un marqueur de l’expansion. Enfin l'étudestructurale de pb10 menée par SAXS a permis de déterminer un modèle à basse résolution de sonenveloppe moléculaire. / Bacteriophage T5 is a virus infecting E. Coli. Its capsid assembly and maturation include severalcritical steps leading to the formation of new virions during the infectious cycle.During my thesis I focused on the expansion and decoration of T5 capsid. Expansion consists inlarge conformationnal reorganizations of the 775 capsid protein subunits, yielding a two-foldincrease of the capsid volume and allowing it to accomodate the full-length genome. I haveascertained physicochemical conditions that trigger in vitro expansion of the capsid, and using atime-resolved SAXS study, I showed that expansion is a higly cooperative two-state process leadingto a remarkably stable final state. I have also carried out a functional study of the decoration proteinpb10, showing that it only binds to expanded proheads. Finally, a low resolution model of pb10 wasdetermined by SAXS.