Depuis sa découverte il y a plus de 30 ans, le Virus de l’Immunodéficience Humaine est à l’origine d’une importante mortalité dans le monde. De par la difficulté de tester l’efficacité de formulations thérapeutiques et/ou vaccinales directement chez l’homme, des études d’infections modèles du VIH, comme celle du Virus de l’Immunodéficience Féline (FIV), ont été entreprises ces dernières années. Au-delà de son intérêt vétérinaire, l’étude du FIV représente un avantage important pour trouver un moyen de contrôler les infections par les lentivirus tel que le VIH. Elle peut permettre de développer et surtout de tester l’efficacité des vaccins et/ou thérapies spécifiques chez le chat, dont le SIDA mime les symptômes et les modifications hématologiques rencontrés chez l’homme. Ce manuscrit s’est intéressé à l’étude structurale de deux familles de protéines virales de ces virus, les protéines lentivirales précoces (protéine Tat du VIH) et tardives (domaines Capside CA et Matrice MA de Gag du FIV). L’étude structurale de ces protéines et leur compréhension fonctionnelle au sein de l’hôte pourront à l’avenir ouvrir de nouvelles voies thérapeutiques et/ou vaccinales contre les lentivirus, palliant ainsi les problèmes existants de résistances virales / Since its discovery 30 years ago, the Human Immunodeficiency Virus is the cause of an important mortality worldwide. Because of the difficulty to test the efficiency of therapeutical and/or vaccinal formulations directly in humans, studies of models of HIV infections, such as the Feline Immunodeficiency Virus (FIV), have been performed in recent years. In addition to its veterinary interest, the study of FIV is an important issue to find a way to control infections by lentiviruses such as HIV. It can help to develop and test the efficiency of specific therapies and/or vaccines for cats, where AIDS mimics the symptoms and hematologic changes observed in humans. This manuscript describes the structural study of two types of viral proteins of these viruses, early lentiviral proteins (HIV Tat protein) and late lentiviral proteins (CA capsid and MA Matrix domains of FIV Gag). The structural study of these proteins and their functional understanding into the host will open new therapeutic and/or vaccine strategies against these lentiviruses in the future, in order to overcome the existing problems of viral resistance

Understanding the host response immediately following mucosal HIV-1 infection will be pivotal in determining whether the immune response induced by a vaccine will successfully sense and control viral replication. In order for effective vaccine strategies and modalities to be developed, these earliest immunological events must be fully assessed in a non-biased manner. Nonhuman primates (NHP), specifically Rhesus macaques (RM), serve as a model to investigate the immunological landscape immediately post-challenge and to define the spatiotemporal path of simian immunodeficiency virus (SIV). SIV infection of RM serves as a model of human HIV infection as it recapitulates many of the virological, immunological, and pathological features of HIV infection in the human host. In this thesis I will test the hypothesis whether transcriptional analysis will allow a sensitive measure of the early innate immune responses that accompany detection of the SIV virus in the periphery. I have determined that an early inflammatory profile arises early in tissues proximal to the challenge site that precedes widespread immune activation and the systemic antiviral interferon response. This study defines in detail the spatiotemporal relationship between virus and host immune response and may be a valuable resource in guiding future vaccine design strategies. / Includes bibliography. / Thesis (M.S.)--Florida Atlantic University, 2016. / FAU Electronic Theses and Dissertations Collection

Les virus sont des parasites biologiques de taille nanométrique. Détournant la machinerie cellulaire de la cellule infectée, ils mettent en place une stratégie de réplication permettant la production de nouveaux virus. Un virus est constitué d’une capside protéique protégeant le génome viral, long polymère d’ADN ou ARN, et possède dans certains cas une enveloppe lipidique. Des travaux récents suggèrent que les propriétés physiques des virus sont importantes pour comprendre certaines étapes du cycle viral. Dans le but de relier le comportement biologique des virus à leurs propriétés physiques, nous avons utilisé une approche combinant l’imagerie AFM et des mesures mécaniques à l’échelle nanométrique, en lien avec la modélisation physique des capsides virales. Nous avons développé des outils d’analyse automatisée des images et courbes de forces obtenues pour quantifier les propriétés physiques de capsides virales et l’effet du microenvironnement. Nous avons étudié deux virus très différents : le rétrovirus VIH-1, responsable du SIDA et le vecteur AAV, utilisé en thérapie génique. Ce travail a permis la caractérisation des propriétés morphologiques et mécaniques de pseudo-particules virales et de cores du VIH-1, à l’échelle du virus unique et sur des populations de centaines de virus. En nous intéressant à l’effet de la nature de l’ARN encapsidé dans les particules virales in cellulo, nous avons montré un rôle structurant pour l’ARN viral du VIH-1 et en particulier son signal d’encapsidation psi. Enfin, nous avons initié l’étude de l’effet de la retro-transcription (conversion du génome viral ARN en ADN) au sein du core VIH-1 sur la stabilité de celui-ci. L’étude du parvovirus AAV existant sous forme de plusieurs variants naturels (sérotypes) nous a permis de comparer les propriétés physiques des capsides à l’équilibre thermodynamique et hors d’équilibre. En faisant varier le microenvironnement (température et pH), nous avons sondé son influence sur la stabilité des capsides AAV. Nous avons pu montrer en particulier que la capside AAV8 est plus rigide que AAV9 alors que sa stabilité thermique est réduite, en relation avec des propriétés biologiques différentes pour ces deux sérotypes. En outre, la rigidité des capsides AAV8 diminue dans un environnement acide imitant l’endosome tardif, et ceci se traduit par une plus grande stabilité thermique. Enfin, nous avons quantifié l’effet de la longueur et de la nature du génome sur la stabilité des capsides AAV. / Viruses are nanometer size biological parasite, which highjack the cellular machinery of the infected cells to replicate and thereby produce new viruses. A virus consists of a protein capsid, protecting the viral genome, a long polymer of DNA or RNA, and in some cases is surrounded by a lipid envelope. Recent work suggests that the physical properties of viruses are important in order to understand the viral cycle. In order to link the biological behavior of the virus to their physical properties, we used an approach combining AFM imaging and mechanical measurements at the nanometer scale, in connection with the physical modeling of viral capsids. We have developed automated image and force curves analysis tools to quantify the physical properties of viral capsids and the effect of the microenvironment. We have focused on two very different viruses: the HIV-1 retrovirus, responsible for AIDS and the AAV vector used in gene therapy. This work has led to the characterization of the morphological and mechanical properties of virus-like particles and cores of HIV-1 at the single virus level and on populations of hundreds of viruses. Focusing on the effect of the nature of the RNA encapsidated inside the viral particles in cellulo, we have highlighted the structural control of the viral RNA, and more precisely the psi packaging signal, on both HIV-1 VLPs and cores. Finally, we have initiated the study of the effect of reverse transcription (conversion of viral genomic RNA into DNA) within the cores HIV-1 on its stability. The study of parvovirus AAV existing form of several natural variants (serotypes) allowed us to compare the capsid physical properties at thermodynamic equilibrium and out of equilibrium. By varying the microenvironment (temperature and pH), we probed its influence on the stability of the AAV capsid. We have shown in particular that the AAV8 virus is stiffer than AAV9 while thermal stability is reduced, in relation to different biological properties for these two serotypes. In addition, the rigidity of AAV8 capsids decreases in an acidic environment mimicking the late endosome transport, and this results in a higher thermal stability. Finally, we quantified the effect of the length and nature of the confined genome on the thermal stability of AAV capsids.

Most viruses can infect only a reduced range of organisms and an effective replication is possible only in selected hosts. These hosts are called permissive for the virus. Molecular principles of a nonpermissiveness and viral mechanisms of overcoming replication obstacles are still not clearly elucidated. This thesis discusses the molecular causes of the cellular nonpermissiveness against a model retrovirus - Rous sarcoma virus. The research is conducted on duck cells which are semipermis- sive to the subgroup C of Rous sarcoma virus. The virus can enter those cells, but it is not able to produce enough infectious viral progeny. Two blocks of the viral replication cycle in the duck cells are described in the thesis. The first one is the probably not optimal cellular receptor recognition. The second one is in the late phase of the replication cycle when the viral proteins are synthesized. The amount of the envelope glyco- protein coding mRNA is reduced due to the altered splicing ratios, and the virions produced from the duck cells are less infectious. This block is recessive and can be partially omitted by cell fusions with permissive chicken cells; therefore, the block is not caused by specific restriction fac- tors in sensu stricto. Additionally, the influence of mutations in duck adapted Rous...

Innerhalb der Retroviren unterscheiden sich die Foamyviren (FV) bezüglich ihrer Proteinexpression, der Partikelmorphogenese und ihres Reproduktionszyklus deutlich von den Orthoretroviren. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei exklusive Merkmale der Foamyviren, die ungewöhnliche Struktur des Gag-Proteins und die Gag unabhängige Pol-Expression, in ihrer Auswirkung auf Morphogenese und Zusammensetzung foamyviraler Partikel untersucht. Für die Morphogenese infektiöser Partikel sind sehr unterschiedliche Mengen der Genprodukte eines Retrovirus nötig. Im Gegensatz zu den Orthoretroviren wird bei Foamyviren das Produkt des pro/pol-ORFs von einer eigenen, gespleißten mRNA translatiert. Der Gag/Pro/Pol-Gehalt in den Viruspartikeln kann folglich nicht wie bei Orthoretroviren über eine gekoppelte Translation und Inkorporation von Gag- und Gag/Pro/Pol-Fusionsproteinen reguliert werden. In dieser Arbeit wurde der Frage nach dem molekularem Verhältnis von Gag- und Pro/Pol-Proteinen in foamyviralen Partikeln nachgegangen. In den isolierten PFV Partikeln war der relative Gehalt an dem Gag-Prozessierungsprodukt p68 viermal höher als der Gehalt an dem Gag-Vorläuferprotein p71. Das Gag-Prozessierungsprodukt p68 bildet somit das Hauptstrukturelement der PFV Kapside. Weiterhin ergab sich ein Verhältnis von 16 Gag-Molekülen zu einem p85PR/RT-Molekül sowie 10 Gag-Molekülen pro p40IN-Molekül. Damit entsprach die Gag/Pol-Zusammensetzung von PFV Partikeln den stöchiometrischen Verhältnissen in orthoretroviralen Partikeln von 10 - 20 Gag-Molekülen pro Pol-Molekül. Dieses Ergebnis ist in Hinsicht auf die unterschiedlichen Synthesestrategien von Gag und Pol bei Orthoretro- und Foamyviren bemerkenswert. Basierend auf diesen Ergebnissen stellt sich für weiterführende Untersuchungen nun die Frage nach der Regulation der Gag- und Pol-Synthese bei Foamyviren. Bei Orthoretroviren setzt sich in einem Prozess der Selbstorganisation das Strukturprotein Gag autonom zu virusähnlichen Partikeln zusammen, die auch in Abwesenheit weiterer viraler Komponenten aus der Wirtszelle freigesetzt werden. Foamyviren dagegen benötigen für die Freisetzung ihrer Viruspartikel neben dem Strukturprotein obligat die Koexpression ihres Glykoproteins. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden funktionelle Abschnitte im PFV Gag-Protein eingegrenzt und charakterisiert, die eine Rolle bei der Bildung und Freisetzung der viralen Partikel spielen. Eine schrittweise Deletion des PFV Gag-Proteins vom C-Terminus her zeigte, dass die N-terminalen 300 As von PFV Gag ausreichend für die Freisetzung von partikulärem viralem Proteinmaterial sind. Die Analyse weiterer Deletionsmutanten innerhalb des N-Terminus des PFV Gag-Proteins belegte, dass die As 6 - 200 für die Bildung viraler Kapside entbehrlich sind, aber für die Interaktion mit dem viralen Glykoprotein und für eine Freisetzung der viralen Partikel aus der Wirtszelle essentiell sind. Die Substitution einzelner konservierter Aminosäuren durch Alanin zwischen As 40 - 60 blockierte die Partikelmorphogenese. Die Aminosäureabfolge dieses Proteinabschnittes zeigte eine große Ähnlichkeit mit einem zellulären Transportsignal, dass in den Gag-Proteinen von Retroviren des Typ-D-Morphogeneseweges entdeckt worden ist. Eine parallele Mutationsanalyse des FFV Gag-Proteins ließ vermuten, dass dieses Motiv wohl universell in allen FV Gag-Proteinen vorhanden ist. Weiterhin konnten Aminosäureabschnitte am unmittelbaren N-Terminus des PFV Gag-Proteins sowie zwischen As 130 - 200 eingegrenzt werden, die essentiell für die Struktur des Proteins sind und eventuell eine wichtige Funktion bei der Partikelmorphogenese erfüllen. Weitere Untersuchungen und insbesondere eine Strukturaufklärung des PFV Gag-Proteins sind nötig, um die genaue Funktion der einzelnen Proteinabschnitte zu charakterisieren.

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Präeklampsie (PE) ist eine Komplikation, die während der Schwangerschaft auftritt, fast 2-8% aller Schwangerschaften betrifft und human spezifisch ist. PE ist eine der Hauptursachen für den Tod von Mutter und Kind. Eine abnormale Plazentaentwicklung aufgrund einer verminderten Trophoblasteninvasion und einem gestörten Umbau der Spiralarterien trägt zur Pathogenese der PE bei. Klinisch wird die PE durch Bluthochdruck und Proteinurie, auftretendnach der 20. Schwangerschaftswoche, diagnostiziert und kann durch eine Funktionsstörung von Organen begleitet werden. Bei besonders schweren Verläufen ist die frühzeitige Endbindung die letzte Möglichkeit das Überleben der Mutter zu gewährleisten. Das Ziel dieser Studie ist es, weitere Gene zu identifizieren, die durch ERVs in der menschlichen Plazenta spezifisch reguliert werden und in PE dysreguliert sind. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde das Transkriptom von primären menschlichen Trophoblastenzellen von 5 gesunden und 5 früh einsetzenden PE-Plazenten mittels RNA-Sequenzierung analysiert. Es wurden 335 Gene identifiziert, welche eine höhere Expression in den Trophoblastenzellen im Vergleich zu anderen Geweben aufwiesen. Zusätzlich zeigten einige der Gene (n=88) eine Co-Regulation der Expression durch retrovirale LTRs (10-kb 5‘ des transcription start side (TSS) des Gens). Hauptinteresse lag hierbei auf den Genen, welche ebenfalls eine Dysregulation in der PE aufwiesen (n = 16). Diese Studie identifizierte EPS8L1, das durch primaten-spezifisches ERV-LTR (MLT1G1) in Trophoblastenzellen reguliert wird, als einen wichtigen Faktor in der Entwicklung der menschlichen Plazenta. EPS8L1 ist in der PE Plazenta dysreguliert und involviert in mehrere Signalwege und die Funktionalität von Trophoblasten wie Invasion, Angiogenese und Redoxhomöostase. Hierdurch führt diese Arbeit zu einem besseren Verständnis der PE und deren human-spezifischer Natur. / Preeclampsia (PE) is a complication that occurs during pregnancy and affects almost 2-8% of all pregnancies and is often regarded as a human-specific disorder.1,2 PE is one of the major causes of maternal and fetal death.1 Failure of the trophoblast cells to invade into the maternal decidua results in the improper remodeling of spiral arteries leading to PE pathogenesis. Clinically, it is diagnosed as a maternal syndrome, diagnosed by the new-onset of hypertension and proteinuria or other end-organ dysfunction after the 20th week of pregnancy. So far, the only effective treatment of the disorder is the removal of the placenta tissue and delivery of the infant. The aim of this study is to identify additional genes that are regulated by the human ERV-LTRs in the human placenta specifically, and are dysregulated in PE. To achieve this aim, the transcriptome of primary human trophoblast cells of 5 healthy and 5 early-onset PE placentas were analyzed by RNA sequencing (RNA-seq). RNA-seq analysis identified genes (n=335) with stronger expression in the trophoblast cells as compared to other human body tissues. Additionally, some of the genes (n=88) showed co-regulation of expression by the human ERV-LTRs in their vicinity (10-kb upstream of transcription start side (TSS) of the gene). Since my interest was to identify the new targets of PE pathogenesis, so I focused on genes (n=16) with dysregulated expression in women presented with PE. This study identified a new gene EPS8L1, regulated by primate-specific ERV-LTR in trophoblast cells that has a predominant role in the human placenta development and demonstrated that its dysregulation affected multiple pathways involved in trophoblast function like invasion, angiogenesis and maintenance of cell redox homeostasis. Furthermore, this study leads to the better understanding of the disease by explaining certain aspects of human-specific nature of PE.

APOBEC3 (A3) proteins are a family of host-encoded cytidine deaminases that protect against retroviruses and other viral intruders. Retroviruses, unlike other viruses, are able to integrate their genomic proviral DNA within hours of entering host cells. A3 proteins hinder retroviral infectivity by editing retroviral replication intermediates, as well as by inhibiting retroviral replication and integration through deamination-independent methods. These proteins thus constitute the first line of immune defense against endogenous and exogenous retroviral pathogens. The overall goal of my Master's project was to better understand the critical role A3 proteins play in restricting inter- and intra-host transmission of retroviruses. There are two specific aspects that I focused on: first, investigating the role of mouse APOBEC3 (mA3) in limiting the zoonotic transmission of murine leukemia retroviruses (MLVs) in a rural environment; second, to identify the molecular features in MLVs that confer susceptibility or resistance to deamination by mA3. For the first part of my project, we collected blood samples from dairy and production cattle from four different geographical locations across Canada. We then designed a novel PCR screening strategy targeting conserved genetic regions in MLVs and Mouse Mammary Tumor Virus (MMTV) and MMTV-like betaretroviruses. Our results indicate that 4% of animals were positive for MLV and 2% were positive for MMTV. Despite crossing the species barrier by gaining entry into bovine cells, our study also demonstrates that the bovine A3 protein is able to potently inhibit the spread of these murine retroviruses in vitro. The next question we asked was whether mA3 could also mutate and restrict murine endogenous retroviruses and thereby partake in limiting zoonotic transmission. Moloney MLV and AKV MLV are two highly homologous murine gammaretroviruses with opposite sensitivities to restriction by mA3: MoMLV is resistant to restriction and deamination while AKV is sensitive to both. Design of MoMLV/AKV hybrid viruses enabled us to map the region of mA3 resistance to the region encoding the glyco-Gag accessory protein. Site-directed mutagenesis then allowed us to correlate the number of N-linked glycosylation sites with the level of resistance to deamination by mA3. Our results suggest that Gag glycosylation is a possible viral defence mechanism that arose to counteract the evolutionary pressure imposed by mA3. Overall, my projects show the important role A3 proteins play in intrinsic immunity, whether defending the host from foreign retroviral invaders or endogenous retroviral foes.

One of the important tasks of virology and immunology is to explore the species- and cell-barriers preventing virus horizontal transmission and reveal the ways how viruses overcome these barriers and "adapt" to different species. This work is based on a well- established retroviral model - avian Rous sarcoma virus (RSV) and studies virus replication blocks in mammalian cells at both pre- and post-integration level. Interaction of the viral envelope glycoprotein (Env) with a specific cellular receptor mediates virus entry into cells. Although mammalian orthologues of specific chicken receptors do not support RSV entry, it was observed that some RSV strains are able to enter mammalian cells. Several RSV-transformed rodent cells lines were described and analysis of provirus H20- RSV in one these cells lines (hamster H-20 tumor cell line) showed multiple mutations including two crucial amino acid substitutions in different regions of Env. Substitutions D32G and L378S confer virus transmission to hamster, human and also chicken cells lacking the appropriate receptor. Altered conformation of H20-RSV Env is similar to a receptor-primed (activated) state of Env. This observation indicates that virus can circumvent the need of original cell receptor because of spontaneous Env activation caused by single...