Il a récemment été démontré que la nucléocapside du virus de l’hépatite C (VHC) subit l’ajout post-traductionnel d’un groupement acyl gras sur le résidu C172. Cette modification, appelée palmitoylation, est requise pour la production de virions infectieux. Chez les eucaryotes, la palmitoylation est catalysée par les enzymes de la famille DHHC. Notre objectif était d’identifier lesquelles des 23 protéines DHHC présentes chez les mammifère possèdent une activité palmitoyl-acyl transferase (PAT) sur la nucléocapside du VHC. Nous avons d’abord étudié l’expression et la localisation des protéines DHHC dans les hépatocytes humaines. Nous avons ensuite mesuré la variation du niveau de palmitoylation de la nucléocapside lorsque chaque DHHC candidate est surexprimée ou réprimée. Ce criblage a mené à l’identification de 5 enzymes qui exercent une activité PAT sur la nucléocapside du VHC : DHHC 1, 2, 3, 6 et 7. Leur co-localisation avec le substrat viral a été confirmée. / As previously demonstrated, a fatty acid group is post-translationnally added on the residue C172 of Hepatitis C virus (HCV) core protein and this modification, termed palmitoylation, is required for viral assembly. In eukaryotes, palmitoylation is performed by a family of enzymes sharing a closely related DHHC motif. The purpose of this study was to identify which of the 23 mammalian DHHCs could perform palmitoyl acyltransferase activity on the HCV core protein. First, we characterized the expression and localization of DHHC enzymes in human hepatocytes. Then we evaluated the variation in core palmitoylation levels when each cellular DHHC proteins was over-expressed or repressed. This screen identified five enzymes with PAT activity on HCV core protein; DHHC 1, 2, 3, 6 and 7. Their co-localization with the viral protein was also demonstrated. These findings pave the way for future studies on the role of core palmitoylation during the HCV infection.

Le virus de l'hépatite C infecte plus de 3% de la population mondiale et il n'existe aucun vaccin disponible à ce jour afin de prévenir l'infection. La cirrhose et la stéatose sont des manifestations pathologiques de l'infection chronique auxquelles s'ajoute également le développement de tumeurs chez certains patients. En utilisant des peptides marqués, des protéines recombinantes et des capsides produites in vivo, j'ai tenté de montrer que la protéine de la capside du VHC pénètre dans les cellules humaines, sous forme libre ou encapsidée. Les résultats démontrent que les deux formes de la protéine permettent l'entrée dans la cellule. Il semble également que le premier domaine basique (a.a. 5-24) soit impliqué dans l'entrée de la protéine libre. Le mécanisme d'entrée est inconnu. Cette entrée alternative permettrait au VHC d'élargir son tropisme cellulaire et de contribuer au développement des pathologies et à l'établissement de la persistance chez l'hôte.

Le virus de l’hépatite C (VHC) représente un problème majeur de santé publique avec au dessus de 120 millions de personnes infectées et à ce jour aucun traitement capable de contrer de manière efficace ce virus. Le VHC a été découvert en 1989, classé dans la famille des flaviviridae et est le seul représentant du genre hepacivirus. Il s’agit d’un virus enveloppé, formé donc d’une bicouche lipidique, d’une capside, et d’un acide nucléique (ARN). La capside virale est formée d’une seule et unique protéine appelée « Core ». Il s’agit d’une protéine de 177 acides aminés sous sa forme mature. Il a été démontré au sein du laboratoire du Professeur Denis Leclerc que la première moitié de la protéine (C82) était suffisante pour générer à la fois in vivo et in vitro la formation de la capside virale. Ayant comme objectif de comprendre les mécanismes régissant l’assemblage viral, nous avons étudié cette protéine d’un point de vue structural. Suite à la mise au point d’un protocole robuste d’expression, de marquage isotopique et de purification, nous avons étudié la Core C82 par dichroïsme circulaire et résonance magnétique nucléaire. Les données expérimentales obtenues suggèrent que la Core C82 est non structurée et flexible, confirmant ainsi l’analyse de la séquence primaire et les prédictions de structure secondaire de la Core. Nous avons ainsi mis en évidence que la moitié N-terminale de la Core du VHC appartenait à la famille des protéines intrinsèquement non structurées (IUP). Les IUPs sont des protéines peu ou très peu structurées et parfois capables de se structurer en liaison à un partenaire (protéine, acide nucléique, petite molécule). Nous avons donc, dans le but de structurer la Core C82, testé de multiples conditions de sel, détergent, agent lipomimétique et un partenaire protéique (protéine p53). Seul l’ajout d’un agent lipomimétique (2,2,2-trifluoroéthanol, TFE) à la Core C82 est venu modifier sa structure et sa dynamique. Nous avons ainsi pu démontrer que la Core C82 pouvait adopter une structure en hélice α. Nous avons, de plus, confirmé que ce repliement était également présent dans des versions tronquées plus longues de la Core (formes C124 et C170). Enfin, nous avons, parallèlement à son étude structurale, mis au point un test in vitro d’inhibition de l’assemblage. Cet outil nous a permis de découvrir plusieurs peptides dérivés de la séquence protéique de la Core et de la protéine NS5A du VHC, ayant un effet inhibiteur sur l’assemblage viral in vitro de la Core mature (C170). Ces travaux innovateurs représentent une avenue encourageante vers la découverte d’un moyen efficace de soigner l’infection au VHC. Au final, même si la structure 3D de la Core mature reste non déterminée, notre étude structurale de la Core C82 est la plus complète réalisée à ce jour à l’échelle atomique. Par ailleurs, nos travaux préliminaires sur la forme mature de la Core (C170) semblent être très prometteurs et permettraient de déterminer la structure 3D de la protéine Core mature. / The hepatitis C virus (HCV) is a major public health problem with more than 120 million infected people, and to date no efficient treatment is available. HCV was discovered in 1989, classified in the flaviviridae family, and is the only member of the hepacivirus genus. It is an enveloped virus, consisting in a lipid bilayer, a capsid, and a ribonucleic acid (RNA). The viral capsid is composed by only one protein called “Core” protein. It is a 177 amino acid long protein in its mature form. It was demonstrated in our laboratory that the first half of this protein (C82) was sufficient to generate, both in vivo and in vitro, the assembly of the viral capsid. In order to understand the mechanism controlling the capsid assembly, we have studied the structural aspect of this protein. After developing robust protocols of overexpression, isotope labelling and purification of the protein C82, we studied this truncated form using circular dichroism and nuclear magnetic resonance. The experimental data obtained suggest that Core C82 is an unstructured and very flexible protein, thus confirming primary sequence analysis and secondary structure predictions. We established that the N-terminal half of the Core protein is a member of the intrinsically unstructured protein family (IUP). IUPs are proteins which are totally or partially unstructured, but can sometimes undergo a structural change induced by the binding of a partner (protein, nucleic acid, small molecule). In order to induce a structured form of the C82 protein, we have tested a large range of conditions of salt, detergent, lipomimetic solvent, as well as interaction with a proteic partner (p53). Only the addition of a lipomimetic agent (2,2,2-trifluoroethanol, TFE) to the Core C82 protein resulted in a structural and a dynamical change. In this special condition, we were able to demonstrate that the Core C82 can adopt an α-helix conformation. We have, moreover, confirmed that this conformation was also present in longer truncated form of the Core protein (C124 and C170). We also, along its structural analysis, developed an in vitro test to inhibit the assembly of the Core protein. This tool allowed us to discover several small peptides derived from the HCV Core and NS5A proteins amino acid sequences, with an inhibitory effect on the viral assembly of the mature Core protein (C170). This innovative work is potentially an interesting step towards the development of an efficient treatment against HCV. Ultimately, even if the 3D structure of the mature Core protein remains unsolved, our structural study of the C82 truncated form is the most comprehensive study to date at an atomic resolution. Moreover, our preliminary works on the mature form of the Core protein (C170) are very promising and should eventually lead to the three dimensional structure.

De nombreuses protéines ou domaines de protéines sont intrinsèquement non structurés/désordonnés (IUPs), mais possèdent néanmoins des fonctions diverses et importantes in vivo. La technique de choix pour étudier les IUPs est la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN). Cependant, pour obtenir de l'information à partir des différentes expériences de RMN possibles, les spectres doivent d'abord être attribués. Pour faciliter cette attribution, un outil graphique, semi-automatique qui utilise le concept des plans produit et somme a été développé. Cet outil a permis l'étude de deux IUPs individuelles, Tau et NS5A VHC. Les résonances RMN du squelette et des Cb ont été attribuées entièrement pour deux fragments de Tau (F3 et F5) et partiellement pour Tau entier P301L. Ces attributions RMN de Tau pourraient mener à davantage de compréhension sur le comportement structural de cette protéine quand elle se lie à, ou polymérise des microtubules. Aussi la formation des agrégés de Tau, qui est une des caractéristiques de la maladie d'Alzheimer, pourrait être étudiée plus en détail. Dans un deuxième temps, la protéine non structurale 5A (NS5A) du virus de l'Hépatite C (VHC) a été étudiée. Les propriétés structurales du deuxième et troisième domaine (sur trois) de cette protéine ont été évaluées. De la structure hélice alpha résiduelle a été observée, ce qui pourrait indiquer des régions prédisposées à interagir avec d'autres partenaires cellulaires. On a également examiné l'interaction entre CypA et CypB et les domaines D2 et D3 de NS5A, car ces PPIases pourraient jouer un rôle dans la réplication de VHC / Many proteins and protein regions have been shown be intrinsically unstructured/disordered (IUPs) and still carry out diverse and important functions in vivo. The technique of choice for studying IUPs is Nuclear Magnetic Resonance (NMR). However, to be able to obtain information of many possible NMR spectra, these must first be assigned. This process is complicated in the case of IUPs by the increased amount of signal overlap. To facilitate the assignment, a graphical semi-automatic assignment tool using the concept of product and sum planes was developed. Using this tool, the study of individual IUPs by NMR became conceivable. A first considered IUP is human Tau. The backbone and Cb resonances have been fully assigned for two Tau fragments (F3 and F5) and partially assigned for full-length Tau P301L. These NMR assignments of Tau could eventually lead to more insight in the structural behaviour of the protein upon its binding to or polymerisation of microtubules, and in its aggregated form which is observed to be one of the hallmarks of Alzheimer's disease. Secondly, the Hepatitis C virus (HCV) non-structural protein 5A (NS5A) was considered. The structural properties of both the second and third domain (out of three) of this protein have been assessed and some residual a-helical structure was observed, which could be indicative of regions prone to interaction with other cellular partners. We have also examined the interaction between both CypA and CypB and the domains D2 and D3 of NS5A, as these PPIases might be involved in HCV replication

La protéine Core est la principale composante structurelle de la nucléocapside du virus de l’hépatite C (HCV). Cette protéine subit diverses modifications post-traductionnelles pour accomplir ses fonctions. Elle requiert des clivages successifs par des protéases cellulaires pour atteindre sa forme mature (177 aa). La maturation est effectuée par signal peptidase (SP), qui la sépare de la polyprotéine précurseur (191 aa), et par signal peptide peptidase (SPP). Nous avons identifié une autre modification chez la protéine Core, l’ajout d’un acide gras en C184, dans le domaine transmembranaire de la protéine immature. Des analyses mutationnelles démontrent que cette acylation contribue au clivage optimal de la protéine Core par SPP. Nous avons aussi identifié les enzymes responsables de l’acylation en C184. Ces résultats offrent une nouvelle perspective sur l’activité protéolytique de SPP et mettent en évidence l’importance des interactions avec l’hôte pour le cycle viral du HCV. / Hepatitis C virus (HCV) core protein is the main structural protein involved in assembly of the viral nucleocapsid. Core undergoes various post-translational modifications in order to perform its different functions. It requires successive processing by host proteases to reach its mature form (177 aa). The sequential cleavages are accomplished by signal peptidase (SP), which separates core from HCV polyprotein (191 aa), and by signal peptide peptidase (SPP). Herein, we identify another modification on core protein, the addition of fatty acid moiety at C184, in the transmembrane domain of the immature core. Mutational analysis demonstrates that acylation of C184 contributes to complete maturation of core via SPP processing. We also identify the enzymes responsible for the acylation of C184. These results show a new perspective on the requirements for proteolytic activity by SPP and highlight the importance of host interaction with the life cycle of HCV.

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

Environ 350 millions de personnes dans le monde sont infectées par le virus de l’hépatite B (VHB), dont un million meurent chaque année des conséquences d’une infection VHB chronique. Cette chronicité implique la capacité du VHB de moduler l’apoptose. Dans le cadre du projet présent, l’influence de la capside du VHB sur l’apoptose au niveau du clivage de la Nucléoporine153 (Nup153) par la caspase 3 et l’influence de la protéine core en général sur l’apoptose ont été analysées. Pour répondre à l’effet de la capside sur le clivage de la Nup153 par la caspase 3, des systèmes analytiques in vitro et in vivo ont pu être mis en place. Après avoir purifié la GST-Nup153, l’impact de la capside du VHB sur son clivage a été analysé. Il a été constaté que la capside du VHB n’avait pas d’influence sur le clivage de la Nup153. Ce résultat a été confirmé par le système in vivo qui consistait en des cellules HeLa perméabilisées par la digitonine dans lesquelles la Nup153 a été également clivée en présence ou absence de la capside du VHB. Pour accrocher la capside à la Nup153, des essais de transport ont été réalisés avant le clivage par la caspase 3 recombinante. Dans la deuxième partie, l’influence de la protéine core du VHB sur l’apoptose induite par le récepteur Fas a été étudiée. Des cellules HepG2 ont été transfectées soit avec un vecteur codant pour la construction GFP-core, soit avec le vecteur de contrôle codant pour la GFP sans fusion. Après induction de l’apoptose par le ligand IgFasL, l’apoptose a été mesurée soit par l’analyse de l’activité de la caspase 3, soit par réduction du signal GFP. Les cellules contenant la GFP-core démontraient un taux apoptotique fortement réduit, comparées aux cellules transfectées avec la GFP, indiquant une fonction anti-apoptotique de la protéine core du VHB. / Around 350 million people worlwide are infected with the hepatitis B virus (HBV) and one million of people per year die because of the consequences of a chronic HBV-infection. The capacity of the HBV to become chronic suggests that this virus is capable to modulate the apoptosis. In the context of the present project, the influence of the HBV-capsid on the cleavage of the Nucleoporin153 (Nup153) by the caspase 3 and the influence of the HBV-core protein on the apoptosis in general have been investigated. In order to address the effect of the capsid on the cleavage of the Nup153 by the caspase 3, in vitro and an in vivo analytical systems have been developed. After the purification of the GST-Nup153, the impact of the HBV-capsid on his cleavage has been analyzed. It has been observed, that the HBV-capsid has no effect on the cleavage of the Nup153. This result has been confirmed by the in vivo system which has been represented by digitonin-permeabilized HeLa cells, in which the Nup153 has also been cleaved in presence or absence of the HBV-capsid. In order to attach the capsids on the Nup153, nuclear transport assays have been realized before the cleavage with the recombinant caspase 3. In the second part, the influence of the hepatitis core protein on the Fas induced apoptosis has been investigated. HepG2 cells have been transfected either with a vector coding for the construction GFP-core or with a control vector coding for the GFP-protein without any fusion. After induction of apoptosis by the ligand IgFasL, the apoptosis has been measured by the analysis of the caspase 3 activity and by the decreasing of the GFP signal. Cells containing GFP-core showed a strong decreasing regarding the amount of apoptosis compared to the cells transfected with GFP. This result suggests an anti-apoptotic function of the core protein of the HBV.

Le virus de l'hépatite C (VHC) est un virus à ARN qui affecte plus de 170 millions de personnes à travers le monde, dont plus de 85% sont infectés de façon persistante. Le génome du VHC est susceptible au clivage par la ribonucléase Dicer in vitro, mais non in vivo, suggérant que ce virus ait développé un moyen pour échapper à la voie de l'interférence à l'ARN, un possible mécanisme de défense de l'hôte contre les virus chez l'humain. Dans le but d'examiner la possibilité que certaines protéines du virus puissent interagir et/ou interférer avec l'activité de Dicer, nous avons sondé une librairie d'ADN complémentaire virale à l'aide d'une approche de double-hybride chez la levure, en utilisant Dicer comme appât. Nous avons observé une interaction entre Dicer et différents peptides dérivés des protéines non-structurales du VHC et identifié les portions de Dicer impliquées. Nous avons également tenté de confirmer ces interactions par des expériences de coimmunoprécipitation in vivo et in vitro.

Nous avons étudié les infections au virus de l'immunodéficience humaine (VIH) et au virus de l'hépatite C (VHC), les comportements à risque associés et l'accès aux services chez les individus incarcérés dans les prisons provinciales du Québec, en comparant nos résultats à une étude précédente dans les mêmes prisons. Au total, 19,8% des hommes et 28,6% des femmes ont rapporté s'être déjà injecté de la drogue, ce qui demeure élevé malgré une baisse depuis 2003. La majorité des comportements à risque étaient moins fréquents en 2014 qu'en 2003. Les prévalences du VIH (hommes: 1,8% ; femmes: 0,8%) et du VHC (hommes: 11,9% ; femmes: 19,2%) sont aussi plus basses en 2014 qu'en 2003. Les principaux comportements à risque associés au VIH et VHC sont l'injection de drogue et le partage de matériel d'injection. L'accès aux services est problématique dans cette population, principalement pour le VHC. Nos résultats démontrent que les prisonniers du Québec sont à risque et nécessitent un meilleur accès aux soins. / We studied human immunodeficiency virus (HIV) and hepatitis C virus (HCV) infections, related risky behaviours and access to services among individuals incarcerated in Quebec's provincial prisons and compared our results to a previous study conducted in the same prisons. Globally, 19.8% of men and 28,6% of women reported an history of injection drug use, which is still high, despite a decrease since 2003. Most risky behaviours were less frequent in 2014 than in 2003. HIV (men: 1.8%; women: 0.8%) and HCV (men: 11.9% ; women: 19.2%) prevalence were also lower in 2014 than in 2003. Access to care and services is problematic in this population, particularly regarding HCV treatment. Our results demonstrate that Quebec's provincial prisoners are a population at risk for HIV and HCV infections and need better access to care and services.

Le norovirus humain (HuNoV) et le virus de l'hépatite A (VHA) sont souvent associés à des maladies d'origine alimentaire incriminants des aliments minimalement transformés. Comme les méthodes de culture virale demeurent limitées pour une utilisation de routine, il est nécessaire de concentrer les virions présents à la surface des aliments avant leur détection. Le but ultime de cette étape est de séparer les virus de la matrice alimentaire, de les concentrer et d'éliminer les inhibiteurs pouvant affecter la détection. L'organisation internationale de normalisation (ISO) a publié des procédures de détection des virus dans les aliments. Cependant, elles varient grandement en fonction des aliments étudiés, tout en étant longues et laborieuses. Elles nécessitent aussi du personnel qualifié et comportent plusieurs étapes risquant de réduire la récupération virale, cela rendant leur utilisation difficile comme analyse de routine. C'est pourquoi le développement d'étapes de concentration, de purification et d'extraction du matériel génétique rapides et sensibles, limitant les étapes manuelles s'avère nécessaire. Le premier objectif de ce projet était de développer une nouvelle approche de concentration des virus en vue d'une meilleure surveillance dans les aliments. L'approche développée se base sur l'ultrafiltration pour une récupération des particules virales à la suite de leur élution de la surface d'aliments. La méthode optimisée a, par la suite, été comparée à la méthode de référence ISO 15 216-1 :2017 en utilisant des fraises, framboises et mûres fraîches et congelées ainsi que de la laitue et des oignons verts frais. Les résultats ont montré une réduction importante du temps d'expérimentation face à la méthode de référence, tout en conservant une détection à des faibles concentrations de VHA et des HuNoVs. Sauf pour la framboise, la méthode d'ultrafiltration était généralement équivalente à la méthode de référence, quel que soit le virus testé. Le deuxième objectif avait pour but de comparer une nouvelle méthode d'extraction automatisée optimisée pour les HuNoVs GI et GII puis le VHA à une méthode du commerce semi-automatisée applicable sur plusieurs matrices alimentaires à risque. Pour les framboises fraîches, les huîtres et la laitue romaine, les deux plateformes d'extraction ont été jugées équivalentes. Tandis que la méthode automatisée a permis une meilleure récupération pour les framboises congelées et une inhibition moindre pour les échantillons de mûres congelées. Le troisième objectif avait finalement pour but d'évaluer la persistance d'ARN de VHA provenant de virions inactivés à la chaleur. L'ARN était dilué à différentes concentrations puis ajouté à des solutions (eau et tampon phosphate salin) ou déposé sur des surfaces (acier inoxydable, polychlorure de vinyle et bleuets). La persistance de l'ARN était mesurée à différentes températures d'entreposage (-80 °C, -20 °C, 4 °C et 23 °C) sur une période de 90 Jours. En solution, sur le polychlorure de vinyle et sur les bleuets, l'ARN a été détecté dans la plupart des conditions jusqu'à 90 jours d'entreposage. Les résultats suggèrent cependant une dégradation plus rapide de l'ARN viral sur l'acier inoxydable. En conclusion, les résultats de cette thèse permettent de proposer une application de ces protocoles de concentration et d'extraction dans un contexte de routine, tout en mettant en lumière les enjeux liés à la persistance de l'ARN viral dans l'analyse des résultats de détection de virus dans les aliments. / Human norovirus (HuNoV) and hepatitis A virus (HAV) are often associated with foodborne illnesses involving minimally processed foods. As viral culture methods remain limited for routine use, it is necessary to concentrate virions present on foods before their detection. The goal of this step is to separate the viruses from the food matrix, to concentrate them and to eliminate inhibitors that may affect detection. The International Organization for Standardization (ISO) has published procedures for detecting viruses in food. However, they vary considerably depending on the foods to study, while being long and laborious. They also require trained personnel and involve several steps that may reduce viral recovery, making them difficult to use in routine analysis. This is why the development of rapid and sensitive concentration, purification, and extraction steps for genetic material, limiting manual steps, is necessary. The first objective of this project was to develop a new approach of virus concentration based on ultrafiltration of the eluted viral particles from the surface of food. The optimized method was subsequently compared to the reference method ISO 15 216-1:2017 using fresh and frozen strawberries, raspberries, and blackberries as well as fresh lettuce and green onions. The results showed a reduction in experimental time compared to the reference method, while maintaining detection at low concentrations of HAV and HuNoVs. Except for raspberry, the ultrafiltration method was generally equivalent to the reference method, regardless of the virus tested. The second objective was to compare a new automated extraction method optimized for VHA, HuNoVs GI and GII to a commercial semi-automated method applicable to several high-risk food matrices. For fresh raspberries, oysters, and romaine lettuce, the two extraction platforms were considered equivalent. While the automated method provided better recovery for frozen raspberries and less inhibition for frozen blackberry samples. The third objective was to evaluate the persistence of HAV RNA from heat-inactivated virions. RNA was diluted in water to different concentrations and then added to solutions (water and phosphate buffer saline) or laid on surfaces (stainless steel, polyvinyl chloride, and blueberries). RNA presence was measured at different storage temperatures (-80°C, -20°C, 4°C and 23°C) over a period of 90 days. In solution, on polyvinyl chloride and on blueberries, RNA was detected under most conditions for up to 90 days of storage. The results, however, showed a faster degradation of viral RNA on stainless steel. In conclusion, these concentration and extraction methods could be suitable for routine analysis of viruses throughout the food production and surveillance chain. The findings of this study also highlight the challenges associated with the persistence of viral RNA when interpreting results from virus detection in food.