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

Le criblage par siRNA de 49 protéines de l'hôte qui sont incorporées dans les particules matures du virus herpès simplex de type 1 (VHS-1) a révélé l'importance d'au moins 15 d’entre elle pour infectivité du virus (Stegen, C et al. 2013). Parmi celle-ci figure la protéine humaine DDX3X, qui est une ARN hélicase ATP-dépendante. Cette protéine multifonctionnelle participe à différents stages de l'expression génique, tels que la transcription, la maturation et le transport d'ARNm ainsi que la traduction. DDX3X est impliquée dans la réplication de plusieurs virus tels que le Virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1), l'hépatite B (VHB), le virus de la vaccine (VACV) et le virus de l'hépatite C (VHC). Le rôle exact de DDX3X dans le cycle de réplication du VHS-1 est toutefois inconnu. Ce mémoire consiste en l’étude détaillée de l'interaction de DDX3X avec le virus. De manière surprenante, tant l’inhibition que la surexpression de DDX3X réduit de manière significative l'infectivité du VHS-1. Fait intéressant, lorsque nous avons restauré la déplétion de DDX3X par une construction résistante aux ARNi utilisés, le virus pouvait de nouveau infecter les cellules efficacement, indiquant que le virus est sensible aux quantités de cette protéine de son hôte. Nos résultats indiquent de plus que le virus modifie la localisation de DDX3X et cause son agrégation tôt dès les premiers temps de l'infection. Cependant, le virus ne modifie pas les niveaux cellulaires de DDX3X dans deux des trois lignées cellulaires examinées. Nous avons également pu établir que cette protéine n'a pas d'effet sur l'entrée du VHS-1, suggérant qu’elle agit à un stade ultérieure de l’infection. En examinant cette relation plus en détail, nos résultats ont démontré que l’inhibition ou la surexpression de DDX3X inhibent toutes deux la production de nouvelles particules virales en réduisant l'expression des diverses classes cinétiques des protéines virales et ce au niveau de leur transcription. Malgré le rôle connu DDX3X dans la stimulation de la réponse immunitaire innée et la production d’interférons de type I, l’impact de DDX3X sur la réplication du VHS-1 est ici indépendante de cette fonction. Ces travaux démontrent donc une nouvelle voie d’action de DDX3X sur les virus en agissant directement sur la transcription de gènes viraux et la réplication du génome d’un virus à ADN. En comprenant mieux cette interactions hôtepathogène, il est maintenant envisageable de concevoir des nouvelles approches thérapeutiques contre ce virus. / siRNA screening of 49 host proteins that are known to be incorporated in the mature virions of herpes simplex virus type 1 (HSV-1) revealed the importance of at least 15 cellular proteins for viral infectivity (Stegen, C et al. 2013). Among these, was the human protein DDX3X, a DEAD-box ATP-dependent RNA helicase. This multifunctional protein participates in different stages of gene expression such as mRNA transcription, maturation, mRNA export and translation. DDX3X has been shown to be involved in the replication of several viruses such as human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1), hepatitis B virus (HBV) vaccinia virus (VACV) and hepatitis C virus (HCV). The exact role of DDX3X in HSV-1 replication cycle is not known. Here we sought to find the detailed interaction between DDX3X with HSV-1. Surprisingly, the down-regulation as well as overexpression of DDX3X, significantly reduced the infectivity of HSV-1, indicating that the virus is sensitive to the precise levels of DDX3X. Accordingly, when we rescued DDX3X back to its normal cellular levels by sequential transfection of DDX3X siRNA and siRNA resistant DDX3X plasmid, the virus was able to infect cells efficiently compare to wild-type conditions. Furthermore, the virus changes the localization of DDX3X and causes its aggregation at early times in the infection. However, the virus does not change the cellular levels of DDX3X in at least two of three different cell lines tested. Using a luciferase assay we were able to establish that this protein has no effect on the entry of HSV-1. In fact, depleting or overexpressing DDX3X impaired the production on newly assembled viral particles by blocking the expression of all classes of viral proteins at the transcription level. Despite the known role of DDX3X in the stimulation of innate immune response and interferon type I production, DDX3X appears to act on HSV-1 replication independently of this pathway. This highlights a novel route of action of DDX3X by acting at the transcription level and the consequent genome replication of a DNA virus. By better understanding such pathogen interactions, it might now be possible to design novel therapeutic approaches.

Le virus de l’Herpès simplex de type 1 (HSV-1) est le pathogène humain responsable des lésions herpétiques labiales, plus communément appelé « feux sauvages ». Annuellement, il est responsable de plusieurs cas d’encéphalites et d’infections de l’appareil visuel qui sont la principale cause de cécité en Amérique du Nord. Bien qu’il existe quelques traitements antiviraux, aucun vaccin ou médicament ne permet de prévenir ou de guérir les infections causées par ce virus. Aujourd’hui, les infections produites par l’HSV-1 sont présentes partout sur la planète. Récemment, une étude en protéomique effectuée sur les virus matures extracellulaires a permis d’identifier la présence d’ubiquitines libres et d’enzymes reliées à la machinerie d’ubiquitination dans le virus. De plus, le virus exploite cette machinerie au cours de l’infection. Il est connu que certaines protéines virales sont ubiquitinées durant une infection et que le virus imite même certaines enzymes d’ubiquitination. Nous avons donc entrepris des recherches afin d’identifier des protéines virales ubiquitinées qui pourraient être présentes dans les virus matures ainsi que leurs rôles potentiels. La protéine majeure de la capside, VP5, un constituant très important du virus, a été identifiée. Nos recherches nous ont permis de caractériser le type d’ubiquitination, une monoubiquitination sur les lysines K810 et/ou K1275 de VP5. Le rôle que pourrait jouer l’ubiquitination de VP5 dans le cycle de réplication virale et dans les virus matures n’est toutefois pas encore connu. / Herpes simplex virus type 1 (HSV-1) is the human pathogen responsible for herpetic lesion such as cold sores. On a yearly basis, it is responsible for many cases of encephalitis and infections of the eye that are the most common cause of blindness in North America. Antiviral treatments exist, but no vaccines or drugs are able to prevent or cure the diseases caused by this virus. Today, infections caused by HSV-1 are present all around the world. Recently a proteomics approach was used to study mature extracellular viruses. This study highlighted the presence in the virus of free ubiquitin and ubiquitin related enzymes. Furthermore, the virus exploits this machinery during the course of infection. Also, it is known that certain virally encoded proteins are ubiquitinated and that the virus mimics some ubiquitin related enzymes. Our researches focused on identifying ubiquitinated viral proteins that could be present in mature extracellular viruses and their potential roles. The major capsid protein, VP5, an important virus component, was identified. We characterised the type of ubiquitination, a monoubiquitination of lysine K810 and/or K1275 of VP5. The role that could play the ubiquitination of VP5 in the viral cell cycle and in mature virions has yet to be identified.

Les virus exploitent la machinerie cellulaire de l’hôte de façon très variée et plusieurs types vont même jusqu’à incorporer certaines protéines cellulaires. Nous avons récemment effectué la première analyse protéomique du virion mature de l’Herpès simplex de type 1 (HSV-1), ce qui nous a permis de déterminer que jusqu’à 49 protéines cellulaires différentes se retrouvaient dans ce virus (Loret, S. et al. (2008). "Comprehensive characterization of extracellular herpes simplex virus type 1 virions." J Virol 82(17): 8605-18.). Afin de déterminer leur importance dans le cycle de réplication d’HSV-1, nous avons mis au point un système de criblage nous permettant de quantifier le virus produit et relâché dans le milieu extracellulaire en utilisant un virus marqué à la GFP ainsi que des petits ARN interférents (pARNi) ciblant spécifiquement ces protéines cellulaires. Cette approche nous a permis de démontrer que 17 des protéines identifiées précédemment jouaient un rôle critique dans la réplication d’HSV-1, suggérant ainsi que leur incorporation dans le virus n’est pas aléatoire. Nous avons ensuite examiné le rôle d’une de ces protéines, DDX3X (DEAD (Asp-Glu-Ala-Asp) box polypeptide 3, X-linked), une protéine multifonctionnelle connue pour son implication dans les cycles de réplication de plusieurs virus humains. À l’aide de pARNi ainsi que de différentes lignées cellulaires, dont une lignée DDX3X thermosensible, nous avons démontré que l’inhibition de DDX3X résultait en une diminution du nombre de capsides intracellulaires et induisait une importante diminution de l’expression des gènes viraux. Nous avons aussi démontré que la fraction de DDX3X incorporée dans le virion contribuait activement au cycle infectieux d’HSV-1. Ces résultats confirment l’intérêt de notre approche afin d’étudier les interactions hôte-pathogène en plus de démontrer la contribution des protéines cellulaires incorporées à HSV-1 dans l’infection virale. / Viruses exploit the cellular machineries in many ways and several viruses specifically incorporate host proteins. To understand their biological relevance, we recently performed the first comprehensive characterization of the mature herpes simplex virus type 1 (HSV-1) in which up to 49 distinct cellular proteins were identified by mass spectrometry. In the present study, we sought to identify which of these cellular factors are critical for the HSV-1 life cycle. To this end, we performed a functional screen using small interfering RNA (siRNA) and a GFP-tagged virus, which indicated that at least 17 of the virion-incorporated host proteins alter HSV-1 proliferation in cell culture. Interestingly, these include several Rab GTPases and other intracellular transport components as well as proteins involved in signal transduction, gene regulation and immunity. Among them, the DEAD (Asp-Glu-Ala-Asp) box polypeptide 3, X-linked protein (DDX3X) is a multifunctional molecule previously linked to several other viruses. Its relevance for HSV-1 was further confirmed with different siRNA reagents and cell lines, including a DDX3X thermosensitive cell line. We found that DDX3X inactivation reduced intracellular capsid abundance via a strong inhibition of viral gene expression. We also report evidence that the pool of DDX3X present in the mature virions actively contributes to HSV-1 life cycle. Altogether, this highlights a powerful and biologically relevant approach to characterize host-pathogen interactions and points to the important contribution host proteins within mature viral particles.

TLR3 est un récepteur endosomal qui détecte les doubles brins d’ARN produits par HSV-1 lors de sa réplication. La majorité des patients déclarés portants des mutations dans le gène TLR3 ont souffert de l’encéphalite herpétique (EH) sans autre phénotype clinique majeur. Nous avons décrit trois patients présentant des mutations dans le gène TLR3. Ici, nous reportons trois nouvelles formes de défaut AD de TLR3: G743D+R811I et L360P, qui chez deux patients confèrent un défaut AD de TLR3 par dominance négative et haplo-insuffisance; et R867Q, qui confère à un patient un défaut partial AR de TLR3. Les fibroblastes des patients présentent une diminution des réponses médiées par TLR3 et sont plus susceptibles à l’infection par le HSV-1. Le défaut de TLR3 est donc présent chez six (5%) patients sur les 120 EH patients étudiés. De plus, de façon surprenante, nous avons identifé deux mutations dans le gène TLR3 chez deux patients présentant des pneumonies sévères dues au virus de l’influenza A (IAV). Deux patients sont hétérozygotes pour les mutations P554S et P680L dans le gène TLR3. Il a été reporté que P554S est délétère et exerte un effet dominant-négatif chez les patients d’EH. P680L est aussi délétère et cause un défaut AD de TLR3 par haplo-insuffisance. Les fibroblastes hétérozygotes pour la mutation P680L ainsi que les cellules épitheliales pulmonaires dérivées de iPSCs présentent une susceptibilité accrue à IAV. Ces résultats suggèrent que le défaut de TLR3 ne cause pas seulement l’EH mais aussi des pneumonies IAV sévères via une diminution des réponses immunitaires dépendantes de TLR3 et médiées par IFN intrinsèques au système nerveux central et aux poumons. / TLR3 is an endosomal receptor for dsRNA, an intermediate of viral replication. Most of the reported human TLR3 deficiency related to life-threatening HSV-1 encephalitis (HSE), in otherwise healthy children. To date, we have described 3 patients with TLR3 deficiency and 7 patients with TLR3 pathway gene deficiency. We herein report the three novel forms of TLR3 deficiency: G743D+R811I and L360P in two patients underlie AD TLR3 deficiency due to dominant negative (DN) and haploinsufficiency, respectively, and R867Q in one patient leads to a partial AR TLR3 deficiency. The patients’ fibroblasts display impaired TLR3 responses and enhanced HSV-1 susceptibility. TLR3 deficiency is therefore a relatively common in childhood HSE, as it is found in six (5%) of the 120 patients studied. In addition, we surprisingly found two TLR3 mutations in two patients with influenza A virus (IAV) pneumonitis. The pathogenesis of isolated severe influenza is largely unknown, until we recently reported a child with AR IRF7 deficiency. Two patients are each heterozygous for P554S and P680L in TLR3. P554S is previously found to be deleterious and DN in HSE patients. P680L is also deleterious and causes AD TLR3 deficiency by haploinsufficiency. We show that P680L heterozygous fibroblasts fail to produce IFN-β and -λ upon poly(I:C) and IAV infection. Furthermore, both P680L heterozygous and AR TLR3-deficient fibroblasts and iPSCs-derived lung epithelium display enhanced susceptibility to IAV, like IRF7-deficient cells. These findings suggest that TLR3 deficiency underlies not only HSE but also severe influenza due to impaired TLR3-dependent, IFN-mediated, CNS or lung-intrinsic antiviral immunity.

Le virus de l’Herpès simplex de type 1 (HSV-1) est le pathogène humain responsable des lésions herpétiques labiales, plus communément appelé « feux sauvages ». Annuellement, il est responsable de plusieurs cas d’encéphalites et d’infections de l’appareil visuel qui sont la principale cause de cécité en Amérique du Nord. Bien qu’il existe quelques traitements antiviraux, aucun vaccin ou médicament ne permet de prévenir ou de guérir les infections causées par ce virus. Aujourd’hui, les infections produites par l’HSV-1 sont présentes partout sur la planète. Récemment, une étude en protéomique effectuée sur les virus matures extracellulaires a permis d’identifier la présence d’ubiquitines libres et d’enzymes reliées à la machinerie d’ubiquitination dans le virus. De plus, le virus exploite cette machinerie au cours de l’infection. Il est connu que certaines protéines virales sont ubiquitinées durant une infection et que le virus imite même certaines enzymes d’ubiquitination. Nous avons donc entrepris des recherches afin d’identifier des protéines virales ubiquitinées qui pourraient être présentes dans les virus matures ainsi que leurs rôles potentiels. La protéine majeure de la capside, VP5, un constituant très important du virus, a été identifiée. Nos recherches nous ont permis de caractériser le type d’ubiquitination, une monoubiquitination sur les lysines K810 et/ou K1275 de VP5. Le rôle que pourrait jouer l’ubiquitination de VP5 dans le cycle de réplication virale et dans les virus matures n’est toutefois pas encore connu. / Herpes simplex virus type 1 (HSV-1) is the human pathogen responsible for herpetic lesion such as cold sores. On a yearly basis, it is responsible for many cases of encephalitis and infections of the eye that are the most common cause of blindness in North America. Antiviral treatments exist, but no vaccines or drugs are able to prevent or cure the diseases caused by this virus. Today, infections caused by HSV-1 are present all around the world. Recently a proteomics approach was used to study mature extracellular viruses. This study highlighted the presence in the virus of free ubiquitin and ubiquitin related enzymes. Furthermore, the virus exploits this machinery during the course of infection. Also, it is known that certain virally encoded proteins are ubiquitinated and that the virus mimics some ubiquitin related enzymes. Our researches focused on identifying ubiquitinated viral proteins that could be present in mature extracellular viruses and their potential roles. The major capsid protein, VP5, an important virus component, was identified. We characterised the type of ubiquitination, a monoubiquitination of lysine K810 and/or K1275 of VP5. The role that could play the ubiquitination of VP5 in the viral cell cycle and in mature virions has yet to be identified.

Les virus exploitent la machinerie cellulaire de l’hôte de façon très variée et plusieurs types vont même jusqu’à incorporer certaines protéines cellulaires. Nous avons récemment effectué la première analyse protéomique du virion mature de l’Herpès simplex de type 1 (HSV-1), ce qui nous a permis de déterminer que jusqu’à 49 protéines cellulaires différentes se retrouvaient dans ce virus (Loret, S. et al. (2008). "Comprehensive characterization of extracellular herpes simplex virus type 1 virions." J Virol 82(17): 8605-18.). Afin de déterminer leur importance dans le cycle de réplication d’HSV-1, nous avons mis au point un système de criblage nous permettant de quantifier le virus produit et relâché dans le milieu extracellulaire en utilisant un virus marqué à la GFP ainsi que des petits ARN interférents (pARNi) ciblant spécifiquement ces protéines cellulaires. Cette approche nous a permis de démontrer que 17 des protéines identifiées précédemment jouaient un rôle critique dans la réplication d’HSV-1, suggérant ainsi que leur incorporation dans le virus n’est pas aléatoire. Nous avons ensuite examiné le rôle d’une de ces protéines, DDX3X (DEAD (Asp-Glu-Ala-Asp) box polypeptide 3, X-linked), une protéine multifonctionnelle connue pour son implication dans les cycles de réplication de plusieurs virus humains. À l’aide de pARNi ainsi que de différentes lignées cellulaires, dont une lignée DDX3X thermosensible, nous avons démontré que l’inhibition de DDX3X résultait en une diminution du nombre de capsides intracellulaires et induisait une importante diminution de l’expression des gènes viraux. Nous avons aussi démontré que la fraction de DDX3X incorporée dans le virion contribuait activement au cycle infectieux d’HSV-1. Ces résultats confirment l’intérêt de notre approche afin d’étudier les interactions hôte-pathogène en plus de démontrer la contribution des protéines cellulaires incorporées à HSV-1 dans l’infection virale. / Viruses exploit the cellular machineries in many ways and several viruses specifically incorporate host proteins. To understand their biological relevance, we recently performed the first comprehensive characterization of the mature herpes simplex virus type 1 (HSV-1) in which up to 49 distinct cellular proteins were identified by mass spectrometry. In the present study, we sought to identify which of these cellular factors are critical for the HSV-1 life cycle. To this end, we performed a functional screen using small interfering RNA (siRNA) and a GFP-tagged virus, which indicated that at least 17 of the virion-incorporated host proteins alter HSV-1 proliferation in cell culture. Interestingly, these include several Rab GTPases and other intracellular transport components as well as proteins involved in signal transduction, gene regulation and immunity. Among them, the DEAD (Asp-Glu-Ala-Asp) box polypeptide 3, X-linked protein (DDX3X) is a multifunctional molecule previously linked to several other viruses. Its relevance for HSV-1 was further confirmed with different siRNA reagents and cell lines, including a DDX3X thermosensitive cell line. We found that DDX3X inactivation reduced intracellular capsid abundance via a strong inhibition of viral gene expression. We also report evidence that the pool of DDX3X present in the mature virions actively contributes to HSV-1 life cycle. Altogether, this highlights a powerful and biologically relevant approach to characterize host-pathogen interactions and points to the important contribution host proteins within mature viral particles.

Le virus herpès simplex de type I (VHS-1) est présent chez environ 67 % de la population âgée de 50 ans et moins, provoquant des feux sauvages et pouvant causer l’encéphalite chez les nouveaux nés. De plus, plusieurs études suggèrent l’existence d’un lien entre le VHS-1 et la maladie neurodégénérative de l’Alzheimer, caractérisée par la formation de plaques amyloïdes. La protéine ITM2B est considérée protectrice contre la formation de ces plaques, et nous avons déterminé préalablement qu’ITM2B interagirait avec les glycoprotéines virale gM et pUL25, jouant un rôle dans l’encapsidation virale. Nous avons cherché à confirmer cette interaction et déterminer le rôle du complexe gM-ITM2B-pUL25 en observant la production de capsides ainsi que l’encapsidation d’ADN virale en absence de gM. Bien que nos résultats suggèrent que gM n’a pas d’impact sur l’encapsidation, il n’a pas été possible de conclure quant à la production de capsides, faute d’une technique optimisée. Nos analyses par coimmunoprécipitation ont révélé que pUL25 interagirait de façon reproductible avec ITM2B, mais que son interaction avec gM semble faible. Afin de mieux comprendre comment gM est ciblée au noyaux, où pUL25 agit vraisemblablement, nous avons parallèlement exploré une technique de perméabilisation cellulaire spécifique à la membrane plasmique en utilisant la toxine bactérienne de la streptolysine O ainsi que le détergent de la saponine. Nos résultats indiquent que la saponine est le candidat le plus prometteur pour répondre à nos besoins, à condition de déterminer une concentration qui n'impacte pas la morphologie du noyau. / Herpes simplex virus type I (HSV-1) is present in approximately 67 % of the population aged 50 and younger. It causes cold sores, particularly on the lips, but can also cause more serious illnesses such as encephalitis in newborns. It has also been determined that a link exists between HSV-1 and Alzheimer’s disease. This neurodegenerative disease is characterized by the formation of amyloid plaques in the neuronal environment, and the cellular protein ITM2B is considered protective against the formation of these plaques. Previously, our laboratory preliminarily determined that ITM2B seemingly interact with the viral glycoprotein gM as well as pUL25, playing a role in viral encapsidation. We sought to demonstrate this interaction and determine the role of the gM-ITM2B-pUL25 complex by observing the production of viral capsids as well as the impact on viral DNA encapsidation in the absence of gM. We thus concluded that gM has no impact on encapsidation, but at this point is unfortunately impossible to conclude regarding the production of capsids. We determined by co-immunoprecipitation that pUL25 reproducibly interacts with ITM2B, while its interaction with gM is not yet demonstrated. To understand how gM is targeted to the nucleus, where pUL25 presumably acts, we developed in parallel a reversible cell permeabilization technique specific to the plasma membrane, using the bacterial toxin streptolysin O as well as the detergent saponin. We conclude that the most promising candidate for our needs would be saponin, provided a concentration is established that does not impact the nucleus morphology.

L’autophagie est une voie hautement conservée de dégradation lysosomale des constituants cellulaires qui est essentiel à l’homéostasie cellulaire et contribue à l’apprêtement et à la présentation des antigènes. Les rôles relativement récents de l'autophagie dans l'immunité innée et acquise sous-tendent de nouveaux paradigmes immunologiques pouvant faciliter le développement de nouvelles thérapies où la dérégulation de l’autophagie est associée à des maladies auto-immunes. Cependant, l'étude in vivo de la réponse autophagique est difficile en raison du nombre limité de méthodes d'analyse pouvant fournir une définition dynamique des protéines clés impliquées dans cette voie. En conséquence, nous avons développé un programme de recherche en protéomique intégrée afin d’identifier et de quantifier les proteines associées à l'autophagie et de déterminer les mécanismes moléculaires régissant les fonctions de l’autophagosome dans la présentation antigénique en utilisant une approche de biologie des systèmes. Pour étudier comment l'autophagie et la présentation antigénique sont activement régulés dans les macrophages, nous avons d'abord procédé à une étude protéomique à grande échelle sous différentes conditions connues pour stimuler l'autophagie, tels l’activation par les cytokines et l’infection virale. La cytokine tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha) est l'une des principales cytokines pro-inflammatoires qui intervient dans les réactions locales et systémiques afin de développer une réponse immune adaptative. La protéomique quantitative d'extraits membranaires de macrophages contrôles et stimulés avec le TNF-alpha a révélé que l'activation des macrophages a entrainé la dégradation de protéines mitochondriales et des changements d’abondance de plusieurs protéines impliquées dans le trafic vésiculaire et la réponse immunitaire. Nous avons constaté que la dégradation des protéines mitochondriales était sous le contrôle de la voie ATG5, et était spécifique au TNF-alpha. En outre, l’utilisation d’un nouveau système de présentation antigènique, nous a permi de constater que l'induction de la mitophagie par le TNF-alpha a entrainée l’apprêtement et la présentation d’antigènes mitochondriaux par des molécules du CMH de classe I, contribuant ainsi la variation du répertoire immunopeptidomique à la surface cellulaire. Ces résultats mettent en évidence un rôle insoupçonné du TNF-alpha dans la mitophagie et permet une meilleure compréhension des mécanismes responsables de la présentation d’auto-antigènes par les molécules du CMH de classe I. Une interaction complexe existe également entre infection virale et l'autophagie. Récemment, notre laboratoire a fourni une première preuve suggérant que la macroautophagie peut contribuer à la présentation de protéines virales par les molécules du CMH de classe I lors de l’infection virale par l'herpès simplex virus de type 1 (HSV-1). Le virus HSV1 fait parti des virus humains les plus complexes et les plus répandues. Bien que la composition des particules virales a été étudiée précédemment, on connaît moins bien l'expression de l'ensemble du protéome viral lors de l’infection des cellules hôtes. Afin de caractériser les changements dynamiques de l’expression des protéines virales lors de l’infection, nous avons analysé par LC-MS/MS le protéome du HSV1 dans les macrophages infectés. Ces analyses nous ont permis d’identifier un total de 67 protéines virales structurales et non structurales (82% du protéome HSV1) en utilisant le spectromètre de masse LTQ-Orbitrap. Nous avons également identifié 90 nouveaux sites de phosphorylation et de dix nouveaux sites d’ubiquitylation sur différentes protéines virales. Suite à l’ubiquitylation, les protéines virales peuvent se localiser au noyau ou participer à des événements de fusion avec la membrane nucléaire, suggérant ainsi que cette modification pourrait influer le trafic vésiculaire des protéines virales. Le traitement avec des inhibiteurs de la réplication de l'ADN induit des changements sur l'abondance et la modification des protéines virales, mettant en évidence l'interdépendance des protéines virales au cours du cycle de vie du virus. Compte tenu de l'importance de la dynamique d'expression, de l’ubiquitylation et la phosphorylation sur la fonction des proteines virales, ces résultats ouvriront la voie vers de nouvelles études sur la biologie des virus de l'herpès. Fait intéressant, l'infection HSV1 dans les macrophages déclenche une nouvelle forme d'autophagie qui diffère remarquablement de la macroautophagie. Ce processus, appelé autophagie associée à l’enveloppe nucléaire (nuclear envelope derived autophagy, NEDA), conduit à la formation de vésicules membranaires contenant 4 couches lipidiques provenant de l'enveloppe nucléaire où on retrouve une grande proportion de certaines protéines virales, telle la glycoprotéine B. Les mécanismes régissant NEDA et leur importance lors de l’infection virale sont encore méconnus. En utilisant un essai de présentation antigénique, nous avons pu montrer que la voie NEDA est indépendante d’ATG5 et participe à l’apprêtement et la présentation d’antigènes viraux par le CMH de classe I. Pour comprendre l'implication de NEDA dans la présentation des antigènes, il est essentiel de caractériser le protéome des autophagosomes isolés à partir de macrophages infectés par HSV1. Aussi, nous avons développé une nouvelle approche de fractionnement basé sur l’isolation de lysosomes chargés de billes de latex, nous permettant ainsi d’obtenir des extraits cellulaires enrichis en autophagosomes. Le transfert des antigènes HSV1 dans les autophagosomes a été determine par protéomique quantitative. Les protéines provenant de l’enveloppe nucléaire ont été préférentiellement transférées dans les autophagosome lors de l'infection des macrophages par le HSV1. Les analyses protéomiques d’autophagosomes impliquant NEDA ou la macroautophagie ont permis de decouvrir des mécanismes jouant un rôle clé dans l’immunodominance de la glycoprotéine B lors de l'infection HSV1. Ces analyses ont également révélées que diverses voies autophagiques peuvent être induites pour favoriser la capture sélective de protéines virales, façonnant de façon dynamique la nature de la réponse immunitaire lors d'une infection. En conclusion, l'application des méthodes de protéomique quantitative a joué un rôle clé dans l'identification et la quantification des protéines ayant des rôles importants dans la régulation de l'autophagie chez les macrophages, et nous a permis d'identifier les changements qui se produisent lors de la formation des autophagosomes lors de maladies inflammatoires ou d’infection virale. En outre, notre approche de biologie des systèmes, qui combine la protéomique quantitative basée sur la spectrométrie de masse avec des essais fonctionnels tels la présentation antigénique, nous a permis d’acquérir de nouvelles connaissances sur les mécanismes moléculaires régissant les fonctions de l'autophagie lors de la présentation antigénique. Une meilleure compréhension de ces mécanismes permettra de réduire les effets nuisibles de l'immunodominance suite à l'infection virale ou lors du développement du cancer en mettant en place une réponse immunitaire appropriée. / Autophagy is a highly conserved lysosomal-mediated protein degradation pathway that plays a crucial role in maintaining cellular homeostasis and contributes to antigen processing and presentation. The emerging roles of autophagy in both innate and adaptive immunity underpin novel immunological paradigms that may provide opportunities for the development of new therapies where impaired autophagy is associated with autoimmune diseases. However, the in vivo study of autophagic response is challenging in view of the limited number of analytical approaches that can provide a dynamic definition of the key proteins involved in this pathway. Accordingly, we developed an integrated proteomics research program to unravel the molecular machines associated with autophagy and to decipher the fine details of the molecular mechanisms governing the functions of the autophagosome in antigen presentation using a systems biology approach. To study how autophagy and antigen presentation are actively modulated in macrophages, we first conducted comprehensive, global proteomics studies under different conditions known to stimulate autophagy. Autophagy is modulated by cytokines as well as by viral infection in various ways. TNF-alpha is one of the major proinflammatory cytokines that mediate local and systemic responses and direct the development of adaptive immunity. Label-free quantitative proteomics analysis of membrane extracts from TNF-alpha activated and resting macrophages revealed that TNF-alpha activation led to the downregulation of mitochondrial proteins and the differential regulation of several proteins involved in vesicle trafficking and immune response. Importantly, we found that the downregulation of mitochondria proteins occurred through Atg5-dependent mitophagy, and was specific to TNF-alpha. Furthermore, using a novel antigen presentation system, we observed that the induction of mitophagy by TNF-alpha enabled the processing and presentation of mitochondrial antigens at the cell surface by MHC class I molecules, suggesting that TNF-alpha induced mitophagy contributes to the modification of the MHC class I peptide repertoire. These findings highlight an unsuspected role of TNF-alpha in mitophagy and expanded our understanding of the mechanisms responsible for MHC class I presentation of self-antigens. A complex interplay also exists between viral infection and autophagy. Recently, our lab provided the first evidence that macroautophagy can contribute to the presentation of viral proteins on MHC class I molecules during Herpes Simplex Virus type 1 (HSV1) infection. HSV1 are among the most complex and widespread human viruses. While the composition of viral particles has been studied, less is known about the expression of the whole viral proteome in infected cells. To comprehensively characterize the system, we analyzed the proteome of the prototypical HSV1 in infected macrophages by LC-MS/MS. We achieved a very high level of protein coverage and identified a total of 67 structural and non-structural viral proteins (82% of the HSV1 proteome) using LC-MS/MS on a LTQ-Orbitrap instrument. We also obtained a comprehensive map of 90 novel phosphorylation sites and ten novel ubiquitylation sites on different viral proteins. Interestingly all ubiquitylated proteins could either localize to the nucleus or participate in membrane fusion events, suggesting that ubiquitylation of viral proteins might affect their trafficking. Treatment with inhibitors of DNA replication induced changes of both viral protein abundance and modifications, highlighting the interdependence of viral proteins during the life cycle of the virus. Given the importance of expression dynamics, ubiquitylation and phosphorylation for protein function, these findings will serve as important tools for future studies on herpes virus biology. Interestingly, HSV1 infection in macrophages triggers a novel form of autophagy which remarkably differs in many ways from macroautophagy. This process, referred to as nuclear envelope-derived autophagy (NEDA), leads to the formation of 4-membrane layered vesicles originating from the nuclear envelope where some viral protein such as glycoprotein B are highly enriched. To which extent this process differs from macroautophagy and participates in the pathogenesis of HSV infection is still largely unknown. Using a novel antigen presentation assay we could show that NEDA is an Atg5-independent pathway that participates in the capture of viral proteins, and their processing and presentation on MHC class I molecules. To understand the involvement of NEDA in antigen presentation it is crucial to characterize the autophagosomal proteome in HSV1 infected macrophages. We developed a novel isolation method based on the loading of the lysosomal compartment with latex beads, a unique tool to obtain very pure cell extracts, upon autophagy induction. The transfer of HSV1 antigens into autophagosomes was monitored using quantitative proteomics. Nuclear enveloped-derived proteins were preferentially transferred to the autophagosome during HSV1 infection. Detailed proteomics characterization of autophagosomes formed during NEDA and macroautophagy led to the discovery of mechanisms that play a key role in glycoprotein B immunodominance during HSV1 infection. These analyses also revealed that various autophagic pathways can be induced to promote the capture of selective sets of viral proteins, thus actively shaping the nature of the immune response during infection. In conclusion, the application of quantitative proteomics methods played a key role in identifying and quantifying important regulators of autophagy in macrophages and allowed us to identify changes occurring during the remodeling of autophagosomes in response to disease and inflammatory conditions such as viral infections. Furthermore, our systems biology approach that combined mass spectrometry-based quantitative proteomics with functional screens such as antigen presentation assays revealed novel biological insights on the molecular mechanisms governing the functions of autophagy in antigen presentation. Harnessing the contribution of autophagy in antigen presentation has the potential to minimize the deleterious effects of immunodominance in viral infection and cancer by shaping an appropriate immune response.

Le Virus Herpès Simplex de type 1 (HSV-1) est un agent infectieux qui cause l’herpès chez une grande proportion de la population mondiale. L’herpès est généralement considéré comme une maladie bénigne dont la forme la plus commune est l'herpès labial (communément appelé « bouton de fièvre »), mais elle peut se révéler très sérieuse et causer la cécité et l’encéphalite, voir létale dans certain cas. Le virus persiste toute la vie dans le corps de son hôte. Jusqu'à présent, aucun traitement ne peut éliminer le virus et aucun vaccin n’a été prouvé efficace pour contrôler l’infection herpétique. HSV-1 est un virus avec un génome d’ADN bicaténaire contenu dans une capside icosaèdrale entourée d’une enveloppe lipidique. Treize glycoprotéines virales se trouvent dans cette enveloppe et sont connues ou supposées jouer des rôles distincts dans différentes étapes du cycle de réplication viral, incluant l'attachement, l'entrée, l’assemblage, et la propagation des virus. La glycoprotéine M (gM) qui figure parmi ces glycoprotéines d’enveloppe, est la seule glycoprotéine non essentielle mais est conservée dans toute la famille herpesviridae. Récemment, l’homologue de gM dans le Pseudorabies virus (PRV), un autre herpesvirus, a été impliqué dans la phase finale de l’assemblage (i.e. l’enveloppement cytoplasmique) au niveau du réseau trans-Golgi (TGN) en reconnaissant spécifiquement des protéines tégumentaires et d’autres glycoprotéines d’enveloppe ([1]). Toutefois, il a été proposé que cette hypothèse ne s’applique pas pour le HSV-1 ([2]). De plus, contrairement à la localisation au TGN dans les cellules transfectées, HSV-1 gM se localise dans la membrane nucléaire et sur les virions périnucléaires durant une infection. L’objectif du projet présenté ici était d’éclaircir la relation de la localisation et la fonction de HSV-1 gM dans le contexte d’une infection. Dans les résultats rapportés ici, nous décrivons tout abord un mécanisme spécifique de ciblage nucléaire de HSV-1 gM. En phase précoce d’une infection, gM est ciblée à la membrane nucléaire d'une manière virus ii dépendante. Cela se produit avant la réorganisation du TGN normalement induite par l’infection et avant que gM n’entre dans la voie de sécrétion. Ce ciblage nucléaire actif et spécifique de gM ne semble pas dépendre des plusieurs des partenaires d’interaction proposés dans la littérature. Ces données suggèrent que la forme nucléaire de gM pourrait avoir un nouveau rôle indépendant de l’enveloppement final dans le cytoplasme. Dans la deuxième partie du travail présenté ici, nous avons concentré nos efforts sur le rôle de gM dans l’assemblage du virus en phase tardive de l’infection et en identifiant un domaine critique de gM. Nos résultats mettent en valeur l’importance du domaine carboxyl-terminal cytoplasmique de gM dans le transport de gM du réticulum endoplasmique (RE) à l’appareil de Golgi, dans l’enveloppement cytoplasmique et la propagation intercellulaire du virus. Ainsi, l’export du RE de gM a été complètement compromis dans les cellules transfectées exprimant un mutant de gM dépourvu de sa région C-terminale. La délétion la queue cytoplasmique de gM cause une réduction légère du titre viral et de la taille des plaques. L'analyse de ces mutants par microscopie électronique a démontré une accumulation des nucléocapsides sans enveloppe dans le cytoplasme par rapport aux virus de type sauvage. Étrangement, ce phénotype était apparent dans les cellules BHK mais absent dans les cellules 143B, suggérant que la fonction de gM dépende du type cellulaire. Finalement, le criblage de partenaires d’interaction du domaine C-terminal de gM identifiés par le système de double-hybride nous a permis de proposer plusieurs candidats susceptibles de réguler la fonction de gM dans la morphogénèse et la propagation de virus. / Herpes Simplex Virus type 1 (HSV-1) is an infectious agent causing herpes, which affects a large population worldwide. Herpes is generally considered a benign disease whose most common form is oral herpes (commonly called "cold sores"), but it can be very serious and cause herpetic blindness and encephalitis, and even be lethal in some cases. The virus can persist throughout life in the body of its host. So far, no treatment can eliminate the virus and no vaccine has proven effective in controlling herpes infections. HSV-1 has a double-stranded DNA genome embedded in an icosahedral capsid surrounded by a lipid envelope. Thirteen viral glycoproteins are located in the envelope and are known or believed to play different roles in different stages of the viral replication cycle, including attachment, entry, assembly, and viral propagation. Among these envelope glycoproteins, glycoprotein M (gM) is the only nonessential glycoprotein but is conserved in all the herpesviridae family. Recently, the homologue of gM in Pseudorabies virus (PRV), another herpesvirus, has been implicated in the final phase of assembly (e.g. the cytoplasmic envelopment) at the trans-Golgi network (TGN) ([1]). However, it was suggested that this does not apply to HSV-1 ([2]). Moreover, unlike its TGN localization in transfected cells, HSV-1 gM localizes to the nuclear membrane and on the perinuclear virions during infection. The objective of the project presented here was to clarify the relationship of the location and function of HSV-1 gM in the context of an infection. In the results reported here, we first describe a specific and active mechanism of nuclear targeting of HSV-1 gM. In early phase of infection, gM is targeted to the nuclear membrane in a virus dependent manner. This occurs before the known reorganization of the TGN induced by the virus and before gM enters the secretory pathway. This active and specific nuclear targeting of gM seemingly does not depend on the functional interaction partners proposed in the literature. These data suggest that nuclear gM could have a new role independent of that in the final envelopment in the cytoplasm. In the second part of the work presented here, we focused iv our efforts on the role of gM in virus assembly in the late phase of infection and define an important functional domain within gM. Our results highlight the importance of the carboxyl-terminal domain of gM in the intracellular transport of gM from endoplasmic reticulum (ER) to Golgi apparatus, in the cytoplasmic envelopment of the capsids and the intercellular spread of the virus. Hence, gM ER export was completely compromised in transfected cells after deletion of its C-terminal tail. Deletion of the gM cytoplasmic tail in mutant viruses resulted in a slight reduction in viral titer and plaque size. The analysis of these mutants by electron microscopy showed an accumulation of nucleocapsids without envelope in the cytoplasm compared to wild-type virus. Interestingly, this phenotype is apparent in BHK cells but not in 143B cells, hinting that the importance of gM may be cell type specific. Finally, screening of interaction partners of C-terminal domain of gM identified by the two-hybrid system allowed us to propose several interesting candidates that may regulate the function of gM in the virus morphogenesis and propagation.