Par leur activité permanente à l’état basal et en situation infectieuse, les cellules dendritiques (DC) de l’organisme orchestrent la tolérance du soi et l’élimination du non-soi, en façonnant les réponses immunes. Ce rôle immunologique complexe des DC repose en grande partie sur des mécanismes de biologie cellulaire spécifiques, qui font l’objet d’un effort considérable de caractérisation. Le travail réalisé au cours de cette thèse met en lumière une sous-population endosomale jouant un rôle clé dans les processus cellulaires de modulation de l’immunité par les DC : les endosomes IRAP+ (insulin responsive aminopeptidase). Etudiée dans différents contextes biologiques depuis 1930, IRAP s’est récemment révélée être impliquée dans l’apprêtement endo-phagosomal des antigènes exogènes par les DC, en vue de leur présentation croisée aux lymphocytes T (Saveanu et al., 2009; Weimershaus et al., 2012). Cette découverte a attiré notre attention sur les endosomes IRAP+/RAB14+ peu étudiés dans les DC. Ce travail étudie la place des endosomes IRAP dans la biologie cellulaire des DC ainsi que le rôle de ces endosomes dans les fonctions biologiques des DC. Nous avons étudié l’influence des endosomes IRAP sur les autres compartiments cellulaires et démontré leur implication dans un système endolysosomal de régulation de la réponse inflammatoire aux pathogènes. Nous avons également étudié l’impact de IRAP sur les processus de maturation des phagosomes et montré leur influence sur les processus subséquent d’élimination des pathogènes et de présentation croisée. Les endosomes IRAP+ sont donc mis en jeu dans la modulation de la maturation phagosomale et de l’inflammation, mais également dans l’optimisation de la présentation des antigènes aux lymphocytes T ; trois processus qui reposent sur une régulation fine de la compartimentation intracellulaire. L’ensemble des résultats de cette thèse définit les endosomes IRAP+ comme un des acteurs majeurs de la « régulation compartimentée » des processus cellulaires des DC, au cœur de la machinerie qui régit les équilibres de l’immunité. / Dendritic cells (DC) are central in immune system. They are permanently active in the organism at steady state and during infection, where they orchestrate tolerance against self and immunity against non-self, such a complex immunological role relies on specific cell biology mechanisms. These mechanisms are currently extensively studied. This work sheds light on a new endosomal compartment playing a crucial role in immunity modulation: IRAP (insulin responsive aminopeptidase)-containing endosomes. Studied in various contexts since 1930, IRAP was recently revealed to be required for exogenous antigen processing in endophagosomal compartment of DC and subsequent cell surface presentation to T lymphocytes (Saveanu et al., 2009; Weimershaus et al., 2012). This discovery prompted us to study IRAP+ endosomes that are poorly described in DC. This work studies IRAP-containing endosomes in DC compartments and questions their specific contribution in DC biological functions. We therefore investigated IRAP-containing endosomes relationship to other cellular compartments and demonstrated their requirement in an endolysosomal regulation system controlling pathogen related inflammation. We also studied the implication of IRAP-containing endosomes on phagosomes maturation and showed their influence on pathogen killing and cross presentation. IRAP-containing endosomes are required for several cellular functions that all rely on cellular compartmentalization. This work proposes IRAP-containing endosomes as a major actor of a “compartmental regulation” of DC functions, participating to fine tuning of immune balance.

Le GABA et la glycine, principaux neurotransmetteurs inhibiteurs de la moelle épinière adulte, jouent un rôle clé dans la plasticité neuronale. Ils peuvent être excitateurs selon la concentration en chlorure du neurone cible. Celle-ci est principalement régulée par les co-transporteurs, KCC2, spécifique des neurones et NKCC1, ubiquitaire. Ces protéines font respectivement sortir et entrer les ions chlorure. Au cours du développement, l’expression de KCC2 augmente alors que celle de NKCC1 diminue, au moment où l’effet des potentiels post-synaptiques inhibiteurs sur le potentiel de membrane des neurones passe d’une dépolarisation à une hyperpolarisation. Une lésion médullaire à P0 bloque cette augmentation développementale. Cela est corrélé à une perte de fonction de KCC2, laquelle est restaurée après traitement avec un agoniste des récepteurs 5-HT2, indiquant que les voies descendantes issues du tronc cérébral, en particulier sérotoninergique, sont essentielles à la maturation du système inhibiteur. Une lésion chez l’adulte, induit une diminution de l’expression KCC2, en particulier à la surface des motoneurones et de ce fait, de la force de l’inhibition post-synaptique. Le BDNF est impliqué dans cette diminution mais son effet s’inverse 15 jours après la lésion, permettant le réacheminement de KCC2 à la surface des cellules. La phosphorylation des tyrosines et sérines serait impliquée dans l’adressage et la stabilisation de KCC2 dans la membrane plasmique alors que celle des thréonines jouerait un rôle dans son activation fonctionnelle. Ces résultats indiquent que KCC2 est une cible de choix pour restaurer l’inhibition neuronale dans la moelle épinière après traumatisme. / Le GABA et la glycine, principaux neurotransmetteurs inhibiteurs de la moelle épinière adulte, jouent un rôle clé dans la plasticité neuronale. Ils peuvent être excitateurs selon la concentration en chlorure du neurone cible. Celle-ci est principalement régulée par les co-transporteurs, KCC2, spécifique des neurones et NKCC1, ubiquitaire. Ces protéines font respectivement sortir et entrer les ions chlorure. Au cours du développement, l’expression de KCC2 augmente alors que celle de NKCC1 diminue, au moment où l’effet des potentiels post-synaptiques inhibiteurs sur le potentiel de membrane des neurones passe d’une dépolarisation à une hyperpolarisation. Une lésion médullaire à P0 bloque cette augmentation développementale. Cela est corrélé à une perte de fonction de KCC2, laquelle est restaurée après traitement avec un agoniste des récepteurs 5-HT2, indiquant que les voies descendantes issues du tronc cérébral, en particulier sérotoninergique, sont essentielles à la maturation du système inhibiteur. Une lésion chez l’adulte, induit une diminution de l’expression KCC2, en particulier à la surface des motoneurones et de ce fait, de la force de l’inhibition post-synaptique. Le BDNF est impliqué dans cette diminution mais son effet s’inverse 15 jours après la lésion, permettant le réacheminement de KCC2 à la surface des cellules. La phosphorylation des tyrosines et sérines serait impliquée dans l’adressage et la stabilisation de KCC2 dans la membrane plasmique alors que celle des thréonines jouerait un rôle dans son activation fonctionnelle. Ces résultats indiquent que KCC2 est une cible de choix pour restaurer l’inhibition neuronale dans la moelle épinière après traumatisme.

La voie JAK / STAT est une voie majeure de signalisation intracellulaire, activée par plusieurs cytokines, y compris par les interférons (IFNs). Mon laboratoire a précédemment établi que l'endocytose et le trafic du récepteur de l’IFN alpha/beta (IFNAR) jusqu’à l'endosome précoce, joue un rôle clé dans l’activation de la voie de signalisation JAK/STAT et dans les activités antivirales et antiprolifératives induites par les IFNs de type I. Le récepteur de l’IFN de type I se compose de deux sous-unités: IFNAR1 et IFNAR2. Durant le trafic du récepteur vers l'endosome précoce, les deux sous-unités prennent des itinéraires différents - IFNAR1 est ubiquitiné et dégradé au lysosome tandis que IFNAR2 est recyclé vers la membrane plasmique. Les mécanismes moléculaires permettant un trafic différent des IFNAR1 et IFNAR2 restent mal compris.J’ai tout d’abord étudié le trafic intracellulaire des sous-unités IFNAR1 et IFNAR2 et j’ai pu montrer que les protéines Rab4 et Rab11 sont nécessaires au recyclage d’IFNAR2 à la membrane plasmique. Par la suite, j’ai identifié le complexe rétromère endosomal - VPS26A/VPS29/VPS35 comme un partenaire d’interaction avec IFNAR2 nécessaire pour son recyclage. En outre, j’ai montré que le complexe rétromère contrôle la séparation spatiotemporelle des sous-unités IFNAR1 et IFNAR2 au niveau de l'endosome précoce. En effet, la déplétion du complexe rétromère entraine une prolongation de l’association endosomale de deux sous-unités et une prolongation de la signalisation JAK/STAT induite par l’IFN tant pour la réponse précoce (phosphorylation de STAT1) que la réponse à plus long terme (expression des gènes stimulés par l'IFN). Des résultats en cours de publication par l’équipe montrent un rôle d’ESCRT-0 dans l’initiation de la signalisation JAK/STAT. J’ai montré que le rôle de la machinerie ESCRT dans ce processus est limité au complexe ESCRT-0. Les sous-complexes en aval d’ESCRT-0, bien que nécessaires à la dégradation d’IFNAR1, ne sont pas impliqués dans l’activation de la voie JAK/STAT.En conclusion, ces résultats nous ont permis d’établir un modèle dans lequel le retromère joue un rôle clef dans la régulation spatio-temporelle du tri endosomal d’IFNAR et de la signalisation JAK/STAT au niveau de l’endosome précoce. Après la séparation rétromère-dépendante des sous-unités du récepteur et la terminaison de la signalisation JAK/STAT, la dégradation lysosomale d’IFNAR1 est assurée par la machinerie ESCRT en aval d’ESCRT-0. / The JAK/STAT pathway is a major intracellular signaling pathway that is activated by several cytokines including interferons (IFNs). My laboratory has previously established that endocytosis and trafficking of the IFN alpha/beta receptor (IFNAR) to the early endosome is key for the activation of JAK/STAT signaling and for the antiviral and antiproliferative activities induced by type I IFNs. The functional type I IFN receptor - IFNAR - consists of two subunits: IFNAR1 and IFNAR2. Upon endocytosis to the early endosome, both subunits take different trafficking routes – IFNAR1 is ubiquitinated and degraded in the lysosome, whereas IFNAR2 recycles back to the plasma membrane. The molecular mechanisms behind the separation of IFNAR1 and IFNAR2, as well as their distinct trafficking routes remain poorly understood.First, I studied the intracellular trafficking of IFNAR1 and IFNAR2 subunits and showed the requirement for Rab4 and Rab11 in IFNAR2 recycling to the plasma membrane. Next, I identified the endosomal retromer complex – VPS26A/VPS29/VPS35 as an IFNAR2 interacting partner, required for IFNAR2 recycling. Additionally, I was able to show that retromer controls the spatiotemporal separation of IFNAR1 and IFNAR2 subunits at the early endosome. Indeed, retromer depletion resulted in prolonged endosomal association of both subunits and prolonged activation of IFN-induced JAK/STAT signaling, at both early (STAT1 phosphorylation) and longer time response (IFN-stimulated gene expression). Unpublished results of our team indicate the role of ESCRT-0 in initiation of the IFN-mediated JAK/STAT signaling. I found that role of the ESCRT machinery in this process is limited to the ESCRT-0. ESCRT subcomplexes downstream of ESCRT-0, although required for IFNAR1 degradation, are not involved in activation of the JAK/STAT pathway.In conclusion, these results permit us to draw a model in which the retromer is a key spatiotemporal regulator of IFNAR endosomal sorting and the JAK/STAT signaling at level of the early endosome. Once retromer-mediated subunits separation is accomplished and JAK/STAT signaling is terminated, ESRCT machinery downstream to ESCRT-0 mediates IFNAR1 lysosomal degradation.

Les vecteurs viraux dérivés du virus adéno-associé (AAV) apparaissent depuis deux décennies, comme des outils efficaces pour le transfert de gène in vivo. Cependant, malgré une faible immunogénicité et une absence de toxicité in vivo, leur optimisation requiert encore un effort important vers une meilleure compréhension de leur biologie et, en particulier, de leur interaction avec le système immunitaire. Au cours de ce travail de thèse, nous avons utilisé une méthode de sélection dirigée in vitro dans le but d’obtenir un variant de capside capable de transduire efficacement un type cellulaire non-permissif aux vecteurs AAV : les cellules dendritiques (DC). En effet, ces cellules jouent un rôle primordial dans l’établissement de la réponse immunitaire et, par conséquent, dans la persistance de l’expression du transgène in vivo. Cette technologie, très répandue dans la communauté AAV, a permis de sélectionner un variant de capside aux propriétés très intéressantes. La mutation sélectionnée, caractérisée in vitro comme induisant une instabilité de la capside, a permis d’identifier et de surmonter un point de blocage majeur dans le processus de transduction des DC par les vecteurs AAV consistant dans l’étape de décapsidation du génome du vecteur dans le noyau cellulaire. De manière intéressante, le variant obtenu exhibe un avantage en terme de transduction non seulement dans les DC mais aussi dans différents modèles de cellules primaires humaines (e.g. HUVEC) ou animales (OBC), peu ou pas permissive à l’AAV. De plus, des expériences de transfert de gène in vivo réalisées dans un modèle murin, indiquent que le variant sélectionné conduit à une meilleure expression du transgène, possiblement due à la mise en place d’un processus de tolérisation. Les propriétés remarquables de ce variant de capside, font de lui un candidat intéressant pour des applications médicales. / Vectors derived from the Adeno-associated virus (AAV) have emerged as an efficient system for in vivo gene transfer. However, despite their low immunogenicity and good tolerance in vivo, a better characterization of the host-AAV interaction is required to be able to fully exploit AAV’s potential fora gene therapy or gene vaccination. In this PhD project, we have used an in vitro directed evolution strategy to select an AAV capsid variant able to transduce human dendritic cell (DC), a non-permissive cell type which plays a critical role in the initiation of immune responses and, consequently, on the persistence of the expression of transgene in vivo. This procedure allowed us to identify an AAV variant characterized by a decreased stability of the capsid in vitro. The use of this mutant as a vector to transduce human DC resulted in an improved uncoating of the vector genome in the cell nucleus, thus identifying this step as major barrier toward DC transduction. Interestingly, the selected variant also displayed an increased transduction efficiency not only in DC but also in different primary human and animal cell types, poorly or non-permissive to AAV. Finally, when injected in mice, this AAV variant resulted in a higher expression of the transgene, associated to a low level of immune responses, suggesting the induction of tolerant state. The remarkable features suggest that our selected variant capsid is a promising candidate for medical applications.

Le trafic intracellulaire consiste en la formation et le transport de vésicules ou tubules qui acheminent des composants protéiques et lipidiques entre les différents organites ou avec la membrane plasmique. L’élaboration de ces tubulo-vésicules est initiée par le remodelage local d’une membrane, tout d’abord en générant une courbure puis un bourgeon qui, s’allongeant, forme la tubulo-vésicule. Enfin, la rupture de la membrane, ou scission, libère le transporteur nouvellement formé. Ces étapes repose sur un sculptage profond de la membrane. Ceci requière des forces générées par des moteurs moléculaires, lesquels s’associent aux cytosquelettes comme les microtubules ou les filaments d’actine. Afin de mieux comprendre comment le cytosquelette et leurs moteurs façonnent ces transporteurs, nous avons examiné le rôle de l’actine et de la myosine VI dans la formation de tubules membranaires aux mélanosomes. Les mélanosomes sont des organites apparentés aux lysosomes, générés dans les mélanocytes de la peau et de la choroïde de l’œil, et qui sont le lieu de synthèse et de stockage d’un pigment, la mélanine. Dans l’épiderme, ces compartiments spécialisés évoluent par différentes étapes de maturation qui aboutissent à leurs transferts aux cellules voisines, les kératinocytes. Les mélanosomes sont des organites dynamiques qui reçoivent et recyclent constamment des composants membranaires, comme la SNARE VAMP7. Nous résultats montrent que la myosine VI et son adapteur optineurine se localisent à un sous-domaine spécifique de la membrane des mélanosomes, ou elles contrôlent la scission de tubules. En effet, l’activité motrice de la myosine VI et le réseau d’actine branchée, dépendant des complexes Arp2/3 et WASH, permettent la constriction des membranes du tubule et son détachement du mélanosome. Un défaut de scission de ces tubes engendre des mélanosomes plus pigmentés, enrichis en cargos et au pH plus acide. L’altération de l’homéostasie du mélanosome affecte sa fonction, comme sa capacité à être sécrété et transféré aux kératinocytes. Nos résultats démontrent que la myosine VI en coopération avec le cytosquelette d’actine permet la constriction et fission de membranes aux mélanosomes. Les intermédiaires de transport ainsi formés recyclent des protéines cargos pour leur possible réutilisation, et participent ainsi au maintien de l’homéostasie et de la fonction de ces organites. / Intracellular transport among organelles and the plasma membrane occurs through the formation and transport of vesicular and tubular membrane carriers. The formation of these carriers requires first the bending of membrane and the generation of a bud, followed by its elongation to form the tubule-vesicle. Lastly, the carrier is released from the membrane source by the scission of the membrane. Importantly, all these different steps need an accurate orchestration to properly deform the membrane. The actions exerted by molecular motors onto microtubule and actin cytoskeletons provide forces onto membrane that contribute to its remodeling during the biogenesis of carrier. Actin filaments (F-actin) and myosins are thought to participate in the initiation and the fission of carriers. However, the role of actin machinery during carrier biogenesis remains elusive. We thus decided to address the role of F-actin and the actin-based motor myosin VI in the formation of tubular intermediates at melanosome. Melanosomes are lysosome-related organelles of skin melanocytes and eye pigment cells that function in the synthesis and storage of the melanin pigment. Melanosomes originate from endosomes and progressively mature into fully pigmented compartments, which fate is to be secreted and transferred to neighboring keratinocytes. Melanosomes are dynamic organelles that constantly receive, but also recycle proteins such as the SNARE VAMP7 through the formation and release of tubular intermediates. Our work reveals that myosin VI, together with Arp2/3- and WASH-mediated branched actin localize at specific melanosomal subdomains where they promote the constriction and scission of tubular intermediates. This fission event allows the export of components such as VAMP7 from melanosomes and promotes their maturation and subsequent transfer to keratinocytes. Altogether, our results uncover a new role for myosin VI and F-actin in the constriction and scission of membrane tubules at melanosome that is required for organelle homeostasis and function.

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N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptors are a subclass of glutamate receptors that play an essential role in mediating excitatory neurotransmission and synaptic plasticity in the mammalian central nervous system (CNS). The activation of NMDA receptors plays a key role in brain development and memory formation. Abnormal regulation of NMDA receptors plays a critical role in the etiology of many neuropsychiatric disorders. NMDA receptors form a heterotetrameric complex composed of GluN1, GluN2(A-D) and GluN3(A, B) subunits. The NMDA receptors surface expression is regulated at multiple levels including early processing (synthesis, subunit assembly, endoplasmic reticulum (ER) processing, intracellular trafficking to the cell surface), internalization, recycling and degradation. NMDA receptors are regulated by the availability of GluN subunits within the ER, the presence of ER retention and export signals, and posttranslational modifications including phosphorylation and palmitoylation. However, the role of N-glycosylation in regulating of NMDA receptor processing has not been studied in detail. The aim of this study was to clarify the mechanisms of regulation of surface expression and functional properties of NMDA receptors. We used a combination of molecular biology, microscopy, biochemistry and...

O vírus sincicial respiratório humano (HRSV) é o mais frequente agente patogênico da família Paramyxoviridae. Apesar de sua grande importância e impacto em saúde pública, alguns aspectos demandam elucidação. Entre eles, estão os mecanismos de tráfego intracelular de proteínas virais para o sitio de montagem. Baseado nisso, fizemos um estudo de imunofluorescência tentando contribuir para o entendimento da participação da via secretória no tráfego de proteínas estruturais de HRSV que não são glicosiladas: proteínas de matriz (M) e de nucleocapsídeo (N). Pudemos observar que essas proteínas seguem rota similar àquelas que são glicosiladas no Golgi, como a proteína de fusão (F). Ademais, as proteínas M e N, além de colocalizarem com proteínas celulares da via secretória, tais como trans-Golgi network-46 (TGN46) e sorting nexin-2 (SNX2), também influem no recrutamento de proteínas celulares para os corpos de inclusão virais, como mostrado no caso da proteína Glut1. Os dados indicam que proteínas M e N de HRSV seguem pela via endocítica inicial, acumulam-se em corpos de inclusão que seriam fábricas virais e, no caso de TGN46, podem ser incorporadas aos vírus em brotamento / Human respiratory syncytial virus (HRSV) is the most relevant cause of respiratory infection in children worldwide. Despite its importance in public health, some aspects of the mechanisms of the trafficking of viral structural proteins remain unclear. In the present study, immunofluorescence was used to understand how the virus matrix (M) and nucleocapsid (N) proteins, which are non-glycosylated , are addressed to inclusion bodies in Hep-2 cells (MOI=3). M and N proteins followed similar intracellular trafficking routes as compared to the glycosylated fusion (F) viral protein. Moreover, M and N proteins colocalized with two key elements of the secretory pathway: trans-Golgi network- 46 (TGN46) and sorting nexin-2 (SNX2). Viral proteins M and N appear to be involved in the recruitment of cell proteins at the formation of virus inclusion bodies, as shown for Glucose Transporter Type 1 (Glut1). The data suggest that HRSV M and N proteins follow the secretory pathway, initiating in early endosomes, as indicated by the co-localization with TGN46 and SNX2. In addition, these host cell proteins accumulate in inclusion bodies that are viral factories, and can be part of budding viral progeny. Therefore, HRSV M and N proteins, even though they are not glycosylated, take advantage of the secretory pathway to reach virus inclusion bodies. Confocal images suggest that SNX2, which is known for its membrane-deforming properties, could play a pivotal role in HRSV budding

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O vírus sincicial respiratório humano (HRSV) é o mais frequente agente patogênico da família Paramyxoviridae. Apesar de sua grande importância e impacto em saúde pública, alguns aspectos demandam elucidação. Entre eles, estão os mecanismos de tráfego intracelular de proteínas virais para o sitio de montagem. Baseado nisso, fizemos um estudo de imunofluorescência tentando contribuir para o entendimento da participação da via secretória no tráfego de proteínas estruturais de HRSV que não são glicosiladas: proteínas de matriz (M) e de nucleocapsídeo (N). Pudemos observar que essas proteínas seguem rota similar àquelas que são glicosiladas no Golgi, como a proteína de fusão (F). Ademais, as proteínas M e N, além de colocalizarem com proteínas celulares da via secretória, tais como trans-Golgi network-46 (TGN46) e sorting nexin-2 (SNX2), também influem no recrutamento de proteínas celulares para os corpos de inclusão virais, como mostrado no caso da proteína Glut1. Os dados indicam que proteínas M e N de HRSV seguem pela via endocítica inicial, acumulam-se em corpos de inclusão que seriam fábricas virais e, no caso de TGN46, podem ser incorporadas aos vírus em brotamento / Human respiratory syncytial virus (HRSV) is the most relevant cause of respiratory infection in children worldwide. Despite its importance in public health, some aspects of the mechanisms of the trafficking of viral structural proteins remain unclear. In the present study, immunofluorescence was used to understand how the virus matrix (M) and nucleocapsid (N) proteins, which are non-glycosylated , are addressed to inclusion bodies in Hep-2 cells (MOI=3). M and N proteins followed similar intracellular trafficking routes as compared to the glycosylated fusion (F) viral protein. Moreover, M and N proteins colocalized with two key elements of the secretory pathway: trans-Golgi network- 46 (TGN46) and sorting nexin-2 (SNX2). Viral proteins M and N appear to be involved in the recruitment of cell proteins at the formation of virus inclusion bodies, as shown for Glucose Transporter Type 1 (Glut1). The data suggest that HRSV M and N proteins follow the secretory pathway, initiating in early endosomes, as indicated by the co-localization with TGN46 and SNX2. In addition, these host cell proteins accumulate in inclusion bodies that are viral factories, and can be part of budding viral progeny. Therefore, HRSV M and N proteins, even though they are not glycosylated, take advantage of the secretory pathway to reach virus inclusion bodies. Confocal images suggest that SNX2, which is known for its membrane-deforming properties, could play a pivotal role in HRSV budding