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

Les cellules épithéliales pulmonaires constituent la première ligne de défense face aux virus respiratoires via la sécrétion de mucus, de peptides, de cytokines et chimiokines qui déterminent l'élimination ou la progression de l’infection. Les principales cytokines antivirales produites par les cellules épithéliales alvéolaires (AEC) sont les interférons (IFN) type I (α/β) et III (λ). La liaison d’IFNβ à son récepteur induit une voie antivirale bien caractérisée qui aboutit à l’activation du complexe ISGF3 (STAT1, STAT2 et IRF9) qui permet la transcription de multiples gènes codant pour des protéines à activité antivirale et immunorégulatrice. Il a récemment été démontré que la costimulation des cellules épithéliales pulmonaires par l’IFNβ et le Tumor Necrosis Factor α (TNFα), également produit lors d’une infection, synergisent pour induire un état antiviral tardif distinct. D’autre part, il a été montré que la synergie entre le TNFα et l'IFNβ induit une voie de signalisation impliquant STAT2 et IRF9, mais indépendante de STAT1 permettant l’expression du gène DUOX2. Notre but est de déterminer l’importance de cette nouvelle voie de signalisation induite par la costimulation du TNFα+IFNβ, impliquant STAT2 et IRF9 indépendamment de STAT1 dans la régulation d’un programme transcriptionnel antiviral et immunorégulateur tardif. Notre premier objectif est de déterminer si des gènes antiviraux et immunorégulateurs qui sont induits par la costimulation par TNFα+IFNβ sont dépendants de la voie STAT2/IRF9, indépendamment de STAT1. En utilisant la technique de qRT-PCR, nous avons identifié 3 gènes immunorégulateurs, CXCL10, IDO et APOBEC3G, induits de manière synergique en réponse à TNFα+IFNβ dans les cellules A549, un modèle de cellules épithéliales pulmonaires. Afin de confirmer que ces gènes sont induits indépendamment de STAT1, nous avons validé leur expression dans la lignée cellulaire U3A déficiente en STAT1. Par l'utilisation d'ARN interférants (ARNi) dirigés contre STAT2 et IRF9, nous avons confirmé que l’induction de ces gènes est dépendante de STAT2 et IRF9. Finalement, l’analyse de l’activité du promoteur de CXCL10 en réponse à TNFα+IFNβ par des essais rapporteurs luciférases a permis de montrer que la régulation se fait au niveau transcriptionnel. Notre deuxième objectif, est de déterminer si STAT6 pourrait remplacer STAT1 dans la voie de signalisation induite par TNFα+IFNβ. En effet, STAT6 est un inducteur connu de l’expression de DUOX2 en réponse à IL4+IL13. Contrairement à notre hypothèse, l’inhibition de STAT6 par ARNi augmente l’expression de DUOX2 en réponse à TNFα+IFNβ suggérant que STAT6 est un régulateur négatif. Nos résultats ont permis de comprendre de manière plus détaillée les mécanismes mis en place dans le développement d’une réponse antivirale. D’autre part, l’étude de l’effet de l’IFNβ et du TNFα est également pertinente pour les maladies chroniques inflammatoires et autoimmunes. De plus, nos résultats illustrent un nouveau paradigme concernant les mécanismes de signalisation cellulaire impliqués dans la synergie entre deux cytokines qui pourrait être applicable à des combinaisons de cytokines autres que TNFα+IFNβ. / Lung epithelial cells are the first line of defense against respiratory viruses via mucus secretion, peptides, cytokines and chemokines that determine the progression of the infection. The main antiviral cytokines produced by alveolar epithelial cells (AEC) are the interferons (IFN) type I (α / β) and III (λ). IFNβ binding to its receptor induces an antiviral pathway that is well characterized and leads to activation of the ISGF3 complex (STAT1, STAT2 and IRF9) which allows the transcription of multiple genes encoding proteins with antiviral and immunoregulatory activity. It has recently been shown that the costimulation of lung epithelial cells by IFNβ and Tumor Necrosis Factor α (TNFα), also produced during infection, induces a separate and late antiviral state, through synergy. On the other hand, it has been shown that the synergy between IFNβ+TNFα induces a signaling pathway involving STAT2 and IRF9 independently of STAT1 permitting the expression of the DUOX2 gene. Our goal is to determine the importance of this new signaling pathway induced by costimulation of TNFα+IFNβ involving STAT2 and IRF9 regardless of STAT1 in regulating the antiviral immunoregulatory and late transcriptional program. Our first objective is to determine whether antiviral and immunomodulatory genes that are induced by costimulation TNFα+IFNβ are dependent on the STAT2/IRF9 way, indenpant of STAT1. Using the technique of qRT-PCR, we identified 3 immunoregulatory genes, CXCL10, IDO and APOBEC3G, synergistically induced in response to TNFα+IFNβ in A549 cells, a model of pulmonary epithelial cells. To confirm that these genes are induced independantly of STAT1, we validated their expression in the STAT1 deficient cell line, U3A. By the use of interfering RNA (siRNA) directed against STAT2 and IRF9, we confirmed that the induction of these genes is dependent STAT2 and IRF9. Finally, the analysis of the activity of CXCL10 promoter in response to TNFα+IFNβ by luciferase reporter assays has shown that the regulation is at the transcriptional level. Our second objective is to determine whether STAT6 could replace the STAT1 in the signaling pathway induced by TNFα+IFNβ. Indeed, STAT6 is a known inducer of the expression of DUOX2 in response to IL4+IL13. Contrarily to our hypothesis, inhibition of STAT6 by RNAi increases the expression of DUOX2 in response to TNFα+IFNβ suggesting that STAT6 is a negative regulator. Our results allow the understanding of the mechanisms in the development of an antiviral response in more detail. On the other hand, the study of the effect of IFNβ and TNFα is also relevant for chronic inflammatory and autoimmune diseases. In addition, our results illustrate a new paradigm for cell signaling mechanisms involved in the synergy between two cytokines that may be applicable to combinations of cytokines other than TNFα+IFNβ.

Les LT CD8 mémoires constituent une population hétérogène. Une modulation des différents signaux d’activation des LT CD8 naïfs influe sur la diversité des LT CD8 effecteurs et mémoires générés. A coté des sous populations classiquement décrites de LT CD8 mémoires développés dans des conditions infectieuses, il existe une population de LT CD8 mémoires générés dans des conditions d’inflammation stérile, c’est-à-dire en absence de pathogènes et de signaux moléculaires dérivés de pathogènes : les TIM pour « T-inflammatory memory cells ». Au cours de cette thèse j’ai eu pour objectif : 1) de mieux caractériser la population de TIM 2) d’évaluer leur capacité à répondre à une activation par un pathogène viral et ainsi leur plasticité et 3) d’étudier leur recrutement au site d’une infection locale respiratoire.J’ai ainsi pu identifier de nouvelles propriétés des TIM et montrer que les TIM sont recrutés dans une réponse secondaire à un virus exprimant la même spécificité antigénique, en générant des LT CD8 mémoires secondaires aux fonctions améliorées. De plus, les LT CD8 mémoires secondaires générés présentent un avantage fonctionnel par rapport aux LT CD8 mémoires primaires dans leur capacité de production de TNF-α et de la chimiokine XCL1. Cette dernière propriété pourrait leur conférer un avantage pour la réponse à des antigènes cross présentés. J’ai par ailleurs montré la capacité des TIM à être recrutés au niveau du poumon et des voies aériennes au cours d’une infection respiratoire virale. Ces résultats montrent que les LT CD8 mémoires générés dans des conditions d’activation inflammatoires stériles peuvent prendre part au contingent de cellules immunitaires impliquées dans des réponses à des infections. Ces résultats ouvrent un champ d’investigation intéressant concernant la plasticité des LT CD8 mémoires. Ils pourraient avoir une incidence sur certaines pathologies inflammatoires, dans le cas d’une ré-activation des TIM par un virus cross réactif. / Memory CD8 T cells represent a heterogeneous population. A modulation of the activation signals during naïve CD8 T cells activation influences the diversity of the Effector and Memory CD8 T cells generated. Besides the classically described subsets of Memory CD8 T cells, generated under infectious conditions, are T inflammatory memory CD8 T cells (TIM). TIM are generated under sterile priming conditions that are devoid of pathogens and pathogen-derived danger signals.During this thesis, I had the latter objectives: 1) a better characterisation of TIM, 2) to evaluate whether they could be recruited in an immune response directed against a virus and thus investigate their plasticity, 3) to examine their recruitment to the site of a respiratory local infection.I have identified new features of TIM and shown that TIM can take part to the immune response triggered by a virus expressing their cognate antigen and further differentiate into secondary memory cells with improved functions. The secondary memory CD8 T cells they generate display a functional advantage over primary memory cells in their capacity to produce TNF-α and the XCL1 chemokine. This last result could give them an advantage against cross-presented antigen. Furthermore, I have shown that TIM cells can be recruited in lung and airways during a respiratory viral infection. These results show that memory CD8 T cells generated under sterile priming conditions can take part to the contingent of immune cells involved in responses to infection. They open an interesting field of investigation of the plasticity of memory CD8 T cells. They could have an impact in inflammatory diseases, in the case of re-activation of TIM by a cross-reactive virus.

Le maintien de l'intégrité génomique est crucial pour la préservation du potentiel des cellules souches hématopoïétiques (CSH). Les lésions de l'ADN dans les CSH sont associées à une capacité réduite à reconstituer l'hématopoïèse, à altérer le potentiel de différentiation et à accroître le risque de développer des tumeurs myéloïdes. Les éléments rétrotransposables (ER), se propageant dans le génome à travers un ARN intermédiaire, ont été associés à la perte d'auto-renouvellement, au vieillissement et aux dommages à l'ADN. Cependant, leur rôle dans les CSH n'avait pas été abordé. Dans cette étude, nous avons constaté que les CSH expriment des niveaux élevés d'ARNm de plusieurs ER comprenant des rétrovirus endogènes (ERV) et des L1 (LINE-1: Long Interspersed Nuclear Elements 1). Leur expression augmente avec l'irradiation. En utilisant des souris transgéniques L1-EGFP, on a montré que la rétrotransposition de L1 se produit dans les CSH in vivo. En outre, les inhibiteurs de la transcriptase inverse Efavirenz et ddC sauve à la fois les CSH des dommages persistants à l'ADN induit par l’irradiation et de la perte de prolifération in vitro. Ceci démontre que la rétrotransposition endogène joue un rôle important dans l'instabilité génomique de CSH induite par l’irradiation et dans leur perte de fonction. Nous avons précédemment montré que la thrombopoïétine (TPO), un facteur d'auto-renouvellement critique pour le CSH, limite les lésions de l'ADN induites par l’irradiation en améliorant la réparation de l'ADN. Nous avons découvert que le traitement par TPO empêche également l'expression et la mobilisation d’ER induite par l’irradiation. Nous avons aussi constaté que l’expression et la retrotransposition de L1 augmente dans les CSH provenant de souirs Mpl-/- et L1-EGFPxMpl-/-. Cela montre que la signalisation TPO in vivo est nécessaire pour restreindre l’expression et la retrotransposition d’ER dans les CSH au niveau basal et dans des conditions de stress. L'analyse transcriptomique a révélé que la TPO induit une réponse d'expression génique antivirale d'interféron (IFN) de type I dans les CSH. En utilisant des souris déficientes en STAT1/STAT2, nous démontrons que cette réponse est dépendante à la fois de STAT1 et de STAT2 et est requise pour l'inhibition de l'expression d’ER. En conclusion, cette étude montre que les ER représentent une importante source d’instabilité génomique dans les CSH. Les CSH sont capables de monter une réponse antivirale en réponse à la TPO comme un nouveau mécanisme pour limiter les dommages à l'ADN. Bien que la sécrétion constitutive d'IFN-I se produise chez des souris saines, les IFN sont produits abondamment principalement pendant les infections. Ainsi, la réponse d'expression de gène d'IFN induite par la TPO peut représenter un signal constitutif important et CSH-dédié; permettant à ces cellules de résister aux lésions de l'ADN induites par ER, tout en préservant leur capacité d'auto-renouvellement. / Maintenance of genomic integrity is crucial for the preservation of hematopoietic stem cell (HSC) potential. DNA damage in HSCs is associated with reduced ability to reconstitute hematopoiesis, altered lineage potential and accrued risk of developing myeloid malignancies. Retrotransposable elements (RE), spreading in the genome through an RNA intermediate, have been associated with loss of self-renewal, aging and DNA damage. However, their role in HSCs has not been addressed. In this study, we found that HSCs express high mRNA levels of several REs, including evolutionary recent long interspersed element-1 (L1) and endogenous retroviruses (ERV). Their expression further increases upon total body irradiation (TBI). Using L1EGFP transgenic reporter mice, we show that productive L1 retransposition occurs in HSCs in vivo. Furthermore, the reverse transcriptase inhibitors Efavirenz and ddC rescue TBI-induced both persistent DNA damage and HSC loss of proliferation in vitro. This demonstrates that endogenous retrotransposition plays an important role in TBI-induced HSC genomic instability and their loss of function. We have previously shown that thrombopoietin (TPO), a critical HSC self-renewal factor limits TBI-induced HSC DNA damage by improving DNA repair. We found that TPO treatment also prevents TBI-induced RE expression and mobilization. In addition, L1 expression and retrotransposition are increased in Mpl-/- and L1-EGFPxMpl-/- HSCs, showing that TPO signaling in vivo is required to restrain RE in HSCs, under both steady state and stress conditions. Transcriptomic analysis revealed that TPO induces an anti-viral, interferon (IFN) type-I like, gene expression response in HSCs. Using STAT1/STAT2-deficient mice, we demonstrate that this response is dependent on both STAT1 and STAT2 and is required for TPO-mediated RE expression inhibition in HSCs. Overall, this study shows that REs represent an important HSC intrinsic source of genomic instability and uncovers the ability of HSCs to mount an anti-viral innate immune state in response to TPO as a novel mechanism to minimize DNA damage. Although constitutive IFN-I secretion occurs in healthy mice, IFNs are produced abundantly mainly during infections. Thus, TPO-induced IFN gene expression response may represent an important constitutive, and HSC-dedicated, signal allowing HSCs to resist RE-induced DNA damage while preserving their self-renewal ability.

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Les cellules dendritiques plasmacytoides (pDCs), spécialisées dans la réponse antivirale, produisent de fortes quantités d’interféron (IFN) lorsqu’elles sont en contact avec des cellules infectées par des virus. Pourtant, les pDCs sont réfractaires à l’infection. Ce mécanisme d’activation de la réponse antivirale par le contact physique avec les cellules infectées, nouvellement découvert, constituerait un aspect général des voies de défense de l’hôte contre les virus.En utilisant le virus de l’Hépatite C et de la Dengue comme modèle viral, nous avons observé une réorganisation moléculaire au niveau des contacts entre les pDCs et les cellules infectées. La polarisation d’éléments cellulaires, notamment de régulateurs du cytosquelette d’actine et de molécules de la machinerie d’endocytose en direction du contact favoriserait son établissement et/ou sa stabilisation ainsi qu’une transmission efficace d’éléments viraux, ensuite reconnus par les pDCs. Nous avons également démontré que les pDCs effectuent des contacts plus stables et présentent une polarisation plus importante d’éléments cellulaires aux contacts avec des cellules infectées qu’avec des cellules non infectées. Ces interactions présentent des similarités avec les synapses, contacts cellulaires organisés impliqués dans la communication cellulaire. Notamment, les synapses immunologiques jouent un rôle important dans l’activation de la réponse immunitaire adaptative. Nous proposons donc de nommer ces contacts activateurs de pDCs des « synapses immunologiques innées ». Ce mécanisme représenterait un processus de reconnaissance des infections par les pDCs généralisable à différents types de virus, par « scan » du statut infectieux des cellules par contact. Nos résultats suggèrent également que des éléments viraux s’accumulent au niveau de ces contacts. Ces éléments diffèrent en fonction du type d’infection. Notamment, nous avons mis en évidence dans un contexte d’infection par le virus de la Dengue que des structures virales non canoniques et non infectieuses, différentes des particules virales infectieuses dites « classiques », jouent un rôle important dans l’activation de la réponse antivirale. Notre travail apporte un nouvel angle d’analyse de l’activation des pDCs et des stratégies de détection des infections virales par l’hôte. / Plasmacytoid dendritic cells (pDCs), specialized in the antiviral response, are important producers of interferons (IFN) after cell-cell contacts with virally infected cells. Nonetheless, they are poorly permissive to the majority of viral infections. This newly uncovered mechanism of the activation of an antiviral response by physical cell-cell contacts with infected cells could constitute a general aspect of the host defense against viral infections.Using Hepatitis C virus and Dengue virus as models, we observed a molecular reorganization of the contacts between pDCs and infected cells. The polarization toward contacts of cellular elements, such as regulators of the actin cytoskeleton and components of the endocytic machinery could favor their establishment and/or their stabilization, as well as the efficient transmission of viral elements that are recognized by pDCs. We also demonstrated that pDCs contacts with infected cells are more stable and present a higher polarization of cellular components than contacts with uninfected cells. These interactions present similarities with synapses, a type of organized contact involved in cell-to-cell communication. Notably, immunological synapses are known to play an important role in the activation of the adaptive immune response. We thus propose to call these pDC-activating contacts « innate immunological synapses ». This mechanism could represent a general process of recognition of viral infections by pDCs, by « scanning » the infectious status of the cells by cell-cell contacts. Our results also suggest that viral elements cluster at the level of contacts. These elements differ depending on the type of viral infection. Notably, we observed in the context of Dengue virus infection that non-infectious non-canonical viral structures, that differ from the « classical » viral infectious particles, play an important role in the activation of the antiviral response. Our work brings a new light in the mechanisms of pDC activation and in the host defense strategies against viral infection.

Les maladies inflammatoires de l’intestin (MII), incluant la maladie de Crohn et la colite ulcéreuse, sont des maladies chroniques qui résultent d’un dérèglement de la réponse immunitaire aux microorganismes de la lumière intestinale. Des études de séquençages réalisées par le laboratoire du Dr. Rioux, avec ses collègues du International IBD Genetics Consortium ont identifié quatre variants rares, indépendants et causals pour les MII, dans le gène IFIH1. La protéine d’IFIH1 (MDA5) interagit avec certains virus à ARN, afin de déclencher une réponse antivirale de l’immunité innée. Nous avions émis l’hypothèse que ces variants dans IFIH1 diminuaient la réponse antivirale de l’épithélium intestinal, suite à une infection. Nous avons d’abord travaillé avec des lignées cellulaires lymphoblastoïdes (LCLs) obtenues à partir d’individus atteints de MII et qui sont homozygotes ou hétérozygotes composés pour ces variants, ainsi qu’à partir d’individus contrôles (IFIH1 wt). Ces LCLs ont été reprogrammées en cellules souches pluripotentes induites humaines, avant d’être différenciées en cultures épithéliales intestinales. Nos résultats ont d’abord confirmé l’impact des variants sur la structure génique et protéique (IFIH1/MDA5), dans ces modèles cellulaires. Puis, la réponse antivirale a été induite, grâce à la stimulation avec des agents (moléculaire et viral) connus pour stimulés la protéine MDA5. Nous avons démontré que ces variants dans IFIH1 induisaient effectivement une moins grande réponse antivirale, caractérisée par une plus faible expression d’IFNs, comparativement aux contrôles. Finalement, la modulation des IFNs constituerait une avenue potentiellement intéressante pour le traitement des patients atteints des MII et porteurs des variants causals. / Inflammatory Bowel Disease (IBD), including Cronh’s disease and ulcerative colitis, are chronic inflammatory diseases of the gastro-intestinal tract. IBD is associated with a disturbance of the immune response to the microorganisms of the intestinal lumen. Sequencing studies conducted by the laboratory of Dr. John Rioux, in collaboration with his colleagues of the International IBD Genetics Consortium, identified four rare and independent variants in IFIH1, associated to IBD. The protein of IFIH1 (MDA5) interacts with certain RNA viruses to trigger the innate mechanism of antiviral defense. Our hypothesis was that these IFIH1 variants decreased the intestinal epithelial antiviral response, following an infection. We first worked with lymphoblastoid cell lines (LCLs) obtained from IBD patients who are homozygotes or compound heterozygotes for the different variants, as well as from control individuals (IFIH1 wt). These LCLs were reprogrammed into human induced Pluripotent Stem Cells (hiPSCs), before being differentiated into intestinal epithelial cultures. Our results first confirmed the impact the variants on the genetic and protein structure for these models. Then, the antiviral response was triggered by the stimulation of LCLs and intestinal epithelial cells, with agents (molecular and viral) known to stimulate MDA5. We have demonstrated that these IFIH1 variants did indeed induce a lower antiviral response, characterized by lower IFNs expression, compared to control cell lines. Finally, modulation of IFNs could be an interesting avenue for the treatment of IBD patients with the causal variants.

Introduction: le Virus Respiratoire Syncytial humain (RSV) induit un taux élevé de morbidité et de mortalité chez les enfants, les personnes immunodéprimées et les personnes âgées. Il existe un besoin urgent d'un nouveau traitement antiviral et d'un vaccin efficaces. Les cellules épithéliales des voies aériennes (AEC) sont la cible principale de RSV et constituent la première ligne de défense grâce à des mécanismes distincts, qui incluent une réponse antivirale autonome cellulaire. La protéine p62/SQSTM1 a de multiples fonctions cellulaires, y compris la séquestration spécifique de la cargaison ubiquitinée (c'est-à-dire, les protéines/organelles et les bactéries intracellulaires) pour leur clairance par autophagie. Des données publiées ont mis en évidence un rôle important de p62 dans la régulation de plusieurs virus (par exemple, le virus de la grippe et la dengue), favorisant ou restreignant sa réplication en fonction du virus. L'objectif de notre étude est de déterminer le rôle de p62 dans la régulation du cycle infectieux de RSV. Méthodes et résultats: L'analyse de l'expression de p62 dans les cellules A549 a montré que p62 est induit et phosphorylé au début de l'infection par RSV. Il est ensuite dégradé plus tardivement durant l’infection. La déplétion des niveaux de p62 a diminué l'accumulation intracellulaire des protéines virales, tandis que la relâche des virions infectieux a été augmentée. De plus, nous avons observé que la réplication de recRSV-GFP est diminuée dans des cellules exprimant de façon stable la protéine associée aux microtubules 1A/1B, chaîne légère 3 (LC3). LC3 recrute p62 et ses cargaisons à l'autophagosome pour qu'ils soient dégradés par autophagie. Des études sont actuellement en cours pour déterminer les mécanismes moléculaires, dépendant de p62, impliqués dans la régulation de la réplication de RSV. Conclusion: nos résultats mettent en évidence un rôle clé de p62 dans la réplication et la propagation de RSV. Ces études aideront à définir si p62 pourrait représenter une cible thérapeutique potentielle pour lutter contre l'infection à RSV. / Introduction: Human respiratory syncytial virus (RSV) causes a high rate of morbidity and mortality worldwide in children, immunocompromised and elderly people. There is an urgent need for effective antiviral treatments and vaccines for RSV. Airway epithelial cells (AECs) are the primary target of RSV and constitute the first line of defense through distinct mechanisms, including intrinsic antiviral responses. The p62/SQSTM1 protein has multiple cellular functions including cell signaling and sequestration of specific ubiquitinated cargo (i.e. proteins/organelles and intracellular bacteria) for autophagic degradation. The replication of several viruses has been shown to be sensitive to p62 levels. The goal of our study is to investigate the role of p62 in the regulation of RSV replication. Methods and Results: Analysis of p62 expression in A549 cells showed that p62 is induced and phosphorylated during early stages of RSV infection, followed by degradation at later times. P62 silencing diminished the intracellular accumulation of viral proteins, while causing increased release of infectious virions. Additionally, we observed that the stable expression of Microtubule-associated protein 1A/1B-light chain 3 (LC3), which recruits p62 and its cargos to the autophagosome for autophagy degradation, reduces recRSV-GFP replication. Studies are currently undertaken to determine the molecular mechanisms involved in p62-dependent regulation of RSV replication. Conclusion: Our results highlight a key role of p62 in the replication of RSV. These studies will help to define whether p62 might represent a potential therapeutic target to fight RSV infection.