Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Une des caractéristiques du Virus de l’Immunodéficience Humaine de type 1 (VIH-1) est sa diversification génétique extensive, qui lui permet d’échapper au système immunitaire. Néanmoins, il est nécessaire que le taux de mutation requis pour à cette évolution rapide ne compromette pas la fonctionnalité de ses protéines. Les travaux présentés ici ont eu pour objectif l’étude des réseaux de coévolution qui composent les glycoprotéines d’enveloppe (Env) afin de comprendre les règles qui sous-tendent leur évolution. Il a été mis en évidence que les régions variables de ces protéines, grâce à leur flexibilité structurelle, peuvent aussi servir à faciliter l’incorporation de mutations touchant les régions plus constantes. De plus, un réseau de coévolution impliqué dans les changements de conformations nécessaires à l’activité de Env a été identifié, soutenant le fait que ces régions variables ont un rôle central dans ces changements. Ces études démontrent le rôle crucial joué par les régions variables en dévoilant un nouvel aspect de leur contribution à l’évolution du VIH-1. / The Human Immunodeficiency Virus type 1 (HIV-1) is characterized by an extensive genetic diversification of its strains that allows the virus to escape the immune system. However, the mutation rate needed for this rapid evolution must not compromise the functionality of the viral proteins. The aim of the work presented here has been to study the coevolution networks that constitute the envelope glycoproteins (Env) in order to understand the rules driving their evolution. The results have highlighted that variable regions, thanks to their structural freedom, can facilitate the incorporation of mutations in more constant regions. Moreover, a coevolution network involved in the conformational changes required for the activity of Env has been identified, underlining the central role played by variable regions in these processes. Besides underscoring the crucial role played by variable regions in the functionality of Env, these studies unveil a new aspect of their contribution to HIV-1 evolution.

Le cancer du pancréas exocrine est un cancer très agressif associé à un diagnostic tardif et une résistance aux traitements conventionnels. L'identification de nouveaux marqueurs spécifiques est nécessaire afin de développer des outils diagnostiques ainsi que des traitements innovants. La lipase sels biliaires-dépendante pathologique (BSDLp), une glycoforme tumorale de la BSDL, se caractérise par l'apparition d'épitopes glycosylés reconnus par les anticorps monoclonaux J28 et 16D10. Leur expression spécifique par certaines lignées et tissus pancréatiques tumoraux humains nous permet d'envisager leur utilisation comme cible d'immunothérapie anti-tumorale par les cellules dendritiques (DC). Notre objectif est d'explorer la capacité de la BSDLp à induire une immunité cellulaire et d'apporter une preuve de concept de vaccination par les DC dans un modèle expérimental. Chez l'Homme, nous montrons que les DC chargées avec la partie C-terminale de la BSDLpJ28 (C-ter-J28) induisent l'activation des lymphocytes T. Dans le modèle murin, nous mettons en évidence l'expression de l'épitope J28 à la surface des cellules d'adénocarcinome pancréatique Panc02, utilisées pour induire des tumeurs. Nous montrons que la glycoprotéine BSDLpJ28 est immunogène chez la souris C57BL/6J. De plus, les DC chargées avec le C-ter-J28 puis soumises à maturation sont capables d'induire une réponse cellulaire T. Enfin, les DC, chargées et soumises à maturation ou non, testées en traitement prophylactique instaurent une protection substantielle, de longue durée, chez les souris vaccinées. Dans ces conditions, les DC, immatures lors de l'injection, jouent un rôle important dans la protection anti-tumorale. / Pancreatic adenocarcinoma is an aggressive cancer associated to late diagnosis and resistance to conventional treatments. Identification of novel specific markers is necessary to develop diagnostic tools and innovative treatments. Pathological bile salt-dependent lipase (pBSDL), a tumoral glycovariant of BSDL, is characterized by the appearance of glycosylated epitopes recognized by J28 and 16D10 monoclonal antibodies. Their expression specific to some human tumor pancreatic cell lines and tissues led us to consider their use as targets for dendritic cell (DC) antitumor immunotherapy. Our aim is to explore the ability of pBSDL to induce cellular mediated immunity and to provide a proof of concept of DC vaccination in an experimental model. In humans, we show that DC pulsed with C-ter moiety of pBSDL-J28 (C-ter-J28) can induce T-cell activation. In mouse model, we demonstrate the expression of J28 epitope on pancreatic adenocarcinoma Panc02 cells, used to induce tumors in C57Bl/6 mice. We show that glycoprotein pBSDL (pBSDL-J28) is immunogenic in mice. Moreover, DC pulsed with C-ter-J28 and matured, are able to induce T-cell response. Finally, DC pulsed and matured or not, tested in prophylactic treatment provide long-term substantial protection in vaccinated mice. In these conditions, DC, immature at the time of the injection, play an important role in antitumor protection.

La paroi primaire végétale est une enveloppe dynamique impliquée dans le développement ainsi que la réponse aux contraintes environnementales. Elle est composée de réseaux de polysaccharides et de protéines dans lesquels interviennent des protéines multi-domaines de type LRX et des protéines à domaine PAC. Ce travail de thèse a consisté à rechercher la fonction de ces protéines dans les parois. Des analyses protéomiques réalisées sur des extraits de protéines pariétales de racines de plantes sauvages ou mutantes lrx1 d'A. thaliana ont permis d'identifier 424/434 protéines pariétales de plantes sauvages/lrx1 respectivement et 25 protéines candidates pouvant jouer un rôle dans la morphogenèse des poils absorbants. Par ailleurs, des protéines à domaine PAC ont été identifiées dans toutes les plantes terrestres étudiées. L'apparition des protéines à domaine PAC a pu être associée à la terrestrialisation. Une analyse phylogénique a permis de grouper les domaines PAC en 10 clades, chacun comportant un domaine PAC d'Amborella trichopoda. Outre les 6 résidus Cys caractérisant le domaine PAC, des motifs conservés ont été repérés dans les clades, ouvrant la voie pour des études fonctionnelles. Des tests in vitro ont montré que les domaines PAC interagissent avec différents types de polysaccharides pariétaux et permis de définir trois types de spécificité vis-à-vis de polysaccharides tels que les ß(1,4) galactanes/RGI, les mannanes, les xyloglucanes et/ou la cellulose. Un nouveau modèle d'interactions supramoléculaires dans les parois végétales faisant intervenir des protéines à domaine PAC et des polysaccharides pariétaux a été proposé / The plant primary cell wall is a dynamic envelope involved in development and in response to environmental constraints. It is composed of networks of polysaccharides and proteins to which multi-domain proteins like LRX (Leucine-Rich repeat Extensin) and PAC (Proline-rich Arabinogalactan Protein Cys-containing) domain proteins contribute. This work aimed at finding partners of such proteins in cell walls using different experimental approaches. Proteomics analyses have been performed on proteins extracted from cell walls of roots of wild type or lrx1 plants. They have allowed the identification of 424/434 cell wall proteins of wild type/lrx1 roots respectively as well as of 25 candidate proteins which could play a role in root hair morphogenesis. Besides, PAC domain proteins have been identified in all the studied terrestrial plants using a bioinformatic approach. The appearance of PAC domain proteins could be associated to terrestrialisation. A phylogenic analysis has allowed to group PAC domains in 10 clades, each of them containing a PAC domain of Amborella trichopoda, an ancestor of angiosperms. In addition to the 6 Cys residues which define the PAC domain, conserved motifs have been identified in each clade. This finding opens the way to functional studies. In vitro tests have shown that the PAC domains could interact with different kinds of cell wall polysaccharides. Three types of specificity could be defined towards ß(1,4) galactans/RGI, mannans, xyloglucans and/or cellulose. A new model of molecular interactions in plant cell walls including PAC domain proteins and polysaccharides has been proposed

Les glycoprotéines virales sont impliquées dans les deux principales étapes d’entrée des virus enveloppés dans leurs cellules hôtes : l’attachement des virus aux récepteurs cellulaires et la fusion des membranes virale et cellulaire. Je me suis d’abord attachée à l’étude structurale de la principale glycoprotéine, E2, de deux hépacivirus : la forme B du virus GB (GBV-B) et le virus de l’hépatite C (HCV). Mes tentatives de cristallisation de l’ectodomaine de la protéine E2 du GBV-B sont restées vaines, mais l’analyse des propriétés de ses fragments a suggéré un rôle de son extrémité C-terminale dans la liaison à son récepteur. En parallèle, j’ai co-cristallisé un peptide synthétique correspondant à la principale boucle de liaison de E2 à son récepteur, avec un fragment d’anticorps dirigé contre cette boucle. Etonnament, le peptide forme une hélice , en nette contradiction avec la conformation étendue adoptée dans un fragment du cœur de E2. Associé à des données biochimiques, cela suggère une flexibilité inattendue de cette région de l’ectodomaine d’E2. Dans un second temps, je me suis intéressée à la glycoprotéine F des baculovirus. J’ai résolu la structure du trimère d’un fragment tryptique de F dans sa conformation post-fusion. Cette structure a validé une prédiction selon laquelle la protéine F était une protéine de fusion de classe I homologue à celle des paramyxovirus. La protéine F des baculovirus est ainsi le premier exemple d’une protéine de fusion de classe I encodée par un virus à ADN. Mes résultats confortent donc l’hypothèse que toutes les protéines F ont un ancêtre commun et suggèrent un lien évolutif intéressant entre les virus à ADN, à ARN et leurs hôtes. / Viral glycoproteins are responsible for the two major steps in entry into host cells by enveloped viruses: 1) attachment to cellular receptor/s and 2) fusion of the viral and cellular membranes. My thesis concentrated first on the structural analysis of the major envelope glycoprotein E2 of two hepaciviruses: GB virus B (GBV-B) and hepatitis C virus (HCV). Crystallization of the GBV-B E2 ectodomain remained unsuccessful, but the characterization of truncated versions of E2 suggested an important role of its C-terminal moiety in receptor binding. In parallel, I co-crystallized a synthetic peptide mimicking HCV E2 with an antibody fragment directed against the major receptor-binding loop of E2 that is targeted by broadly neutralizing antibodies. The structure unexpectedly revealed an α-helical peptide conformation, which is in stark contrast to the extended conformation of this region observed in the structure of an E2 core fragment. Together with further biochemical evidence this suggests an unanticipated structural flexibility within this region in the context of the soluble E2 ectodomain. Secondly, I focused on the structural analysis of the baculovirus glycoprotein F. I determined the crystal structure of the post-fusion trimer of a trypsin-truncated F fragment. This structure confirmed previous predictions that baculovirus F protein adopts a class I fusion protein fold and is homologous to the paramyxovirus F protein. Baculovirus F is therefore the first class I fusion protein encoded by a DNA virus. My results support the hypothesis that F proteins may have a common ancestor and imply interesting evolutionary links between DNA and RNA viruses and their hosts.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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La coopération fonctionnelle entre le cytochrome P450 3A (CYP3A) et la P-glycoprotéine (P-gp) décrite dans la littérature est un facteur déterminant contribuant à la variabilité de la biodisponibilité de la plupart des médicaments administrés per os. Le CYP3A et la P-gp sont des protéines membranaires dont les localisations respectives communément attribuées sont la membrane du réticulum endoplasmique pour le CYP3A et la membrane plasmique pour la P-gp. Le but de notre étude était une description intégrée au niveau cellulaire du fonctionnement de ces protéines membranaires de détoxication des médicaments et de leurs métabolites, grâce à la détermination de la localisation cellulaire de ces protéines par immunomarquage et par suivi fonctionnel de composés fluorescents, à l'aide de techniques de microscopie à épifluorescence. Le matériel utilisé comprenait des coupes de foie de rat et humain, des hépatocytes en culture primaire ou des lignées cellulaires de fibroblastes de Hamster chinois D/ADX surexprimant la P-gp. Nous avons ainsi démontré que le CYP3A se localise exclusivement au niveau du réticulum endoplasmique, alors que la P-gp est retrouvée au pôle apical des hépatocytes, au niveau des canalicules biliaires et sur la membrane plasmique des fibroblastes. Une colocalisation membranaire des composés et enzymes, synonyme d'une grande efficacité de détoxication, n'a pas été mise en évidence dans les hépatocytes, à cause de difficultés techniques et d'une trop faible fluorescence des substrats utilisés.

L’efficacité des chimiothérapies est limitée par la surexpression de pompes d’efflux adressées à la membrane plasmique des cellules cibles. En effet, celles-ci réduisent le taux intracellulaire des médicaments anticancéreux, antiviraux, antifongiques et antibactériens. La P-gp/ABCB1 est la plus impliquée dans ce phénomène, suivie de MRP1/ABCC1 et de BCRP/ABCG2. Une approche pour surmonter ce phénomène est de développer des médicaments qui ne soient pas expulsés par ces pompes. Dans ce contexte, nous avons développé une nouvelle classe d’inhibiteurs de la protéase du VIH-1 qui ne sont ni transportés par P-gp ni par BCRP. Ils sont ainsi des candidats intéressants aux trithérapies contre le SIDA. Un point clé pour comprendre comment ces transporteurs font traverser les médicaments à travers la membrane est d’identifier des nouvelles structures. Ainsi, nous avons résolu trois structures de P-gp de souris. Une d’entre-elles est complexée à un nano-anticorps lié au premier NBD («nucleotide-binding domain»), qui fige la P-gp dans une nouvelle conformation ouverte vers l'intérieur. Pour finir, nous avons localisé deux sites de liaison de P-gp en caractérisant les modes d'inhibition de deux inhibiteurs précédemment cocristallises avec la pompe. Ceci permet de mieux comprendre le mécanisme de translocation et offre la possibilité de cibler plus précisément ces sites pour développer des modulateurs de cette pompe / Resistance to chemotherapy is partly due to efflux pumps expressed in the plasma membrane which prevents the accumulation of anticancer, antiviral, antifungal and antibacterial drugs in target cells. Three human ABC transporters are particularly involved in MDR phenotype: P-gp/ABCB1, MRP1/ABCC1 and BCRP/ABCG2. Among the different approaches used to overcome the resistance linked to these transporters, the development of non-substrate drugs MDR-ABC transporters has been described. Here, new class of HIV-1 protease inhibitors not recognized by P-gp/BCRP were identified, promising to be attractive candidates to HAART therapy. Since the determination of the X-ray structures in different conformations is a key point to understand how MDR-ABC transporters translocate drugs across the plasma membrane, the crystal structures of three inward-facing conformations of mouse P-gp were resolved. One structure has a camel nanobody bound to the C-terminal side of the first nucleotide-binding domain, revealing a unique epitope on P-gp and freezing a new open-inward conformation. Finally, the enzymatic characterization of two inhibitors co-crystallized with the mouse P-gp has allowed to localize two main binding sites by which drugs efflux occurs. These results bring new findings of the drug-efflux mechanism and offer the possibility to target more precisely those sites to develop modulators of this pump

Lors de la transmission sexuelle du VIH-1, un seul ou un nombre très limité de variants viraux sont transmis parmi ceux présents chez le donneur. Il est important de comprendre si le variant transmis est sélectionné aléatoirement parmi ceux présents chez le donneur ou s’il possède un avantage sélectif qui le prédispose à établir plus efficacement une nouvelle infection. Lors de nos différents travaux, nous avons pu observer chez quatre patients une évolution parallèle des propriétés génétiques, antigéniques et fonctionnelles de la glycoprotéine d’enveloppe au cours de l’infection. L’évolution de certaines propriétés est répercutée à l’échelle populationnelle. Néanmoins nous avons montré que malgré ces évolutions, les virus transmis au sein d’une même chaîne de transmission présentent des propriétés biologiques conservées. L’ensemble de nos résultats vont en faveur d’une sélection d’un variant viral avec des propriétés particulières lors de la transmission. De plus le variant transmis possède une région V3 particulièrement conservée associée à un tropisme CCR5, une sensibilité au Maraviroc et semble avoir besoin d’un taux élevé de CD4 à la surface de la cellule cible. / During HIV-1 sexual transmission, a single virus among the numerous viral variants present in the donor is transmitted most often. The key question is to understand if transmitted variants are randomly selected among variants from the donor or they have biological properties that predispose them to establish more efficiently a new infection. We observed a parallel evolution of genetic, antigenic and functional properties of the envelope glycoprotein in four patients during the infection. In addition, the evolution of some properties is also observed at the populational level. However, we showed that transmitted variants from a same transmission chain share similar biological properties. Together our results suggest that the transmission bottleneck is mainly non-stochastic and involves the selection viral variants harboring specific phenotypic properties. Despite transmitted variants have a conserved V3 region associated with a CCR5 tropism, sensitivity to Maraviroc and seem to require high level of CD4 to efficiently infect target cells.