Le promoteur viral module la transcription et par conséquent la réplication virale. Le promoteur du VIH-1 est polymorphe pour une variété de sites de fixation de facteurs de transcription, toutefois l'impact de ce polymorphisme sur la réplication virale in vivo n'est pas élucidé. Nous avons construit des virus chimères isogèniques portant le promoteur minimal des sous-types B, C, et E du VIH-1 dans le génome du VISmac239. Dans quatre macaques rhésus co-infectés avec les trois chimères, une discordance entre les génotypes des virus associés aux rPBMCs et des virions du sérum est observée lors de la primo-infection. Un changement dans le génotype viral est également visible entre la primo-infection et la phase asymptomatique. Nos résultats montrent que le polymorphisme du promoteur des sous-types du VIH-1 constitue un déterminant majeur pour la réplication et la dissémination virale, et que la virémie en primo-infection est majoritairement due à la réplication virale dans l'intestin.

Le cancer du sein est une maladie hétérogène définie actuellement par plusieurs sous-types classés en fonction de leurs profils d'expression génique et reliés à différentes altérations moléculaires et options thérapeutiques. Les tumeurs luminales, exprimant le récepteur des oestrogènes alpha (ERa), sont traitées par des thérapies endocriniennes. Les tumeurs HER2+ bénéficient également de traitement par des médicaments ciblant ce récepteur. Cependant, les tumeurs de types basal-like, molecular apocrine et claudin-low, sont principalement traitées par chimiothérapie à défaut de cibles thérapeutiques. Les différents sous-types moléculaires du cancer du sein sont supposés provenir d'un blocage de la différenciation épithéliales mammaires à différents stades. Les tumeurs luminales, HER2+ et basal-like sont caractérisées par un phénotype épithélial, alors que les tumeurs claudin-low se distinguent par un phénotype mésenchymateux moins différencié. Jusqu'à présent, les facteurs de transcription qui dictent l'identité épithéliale des tumeurs mammaires et les mécanismes sous-jacents de la spécification des sous-types de cancer du sein restent imparfaitement compris. Dans cette étude, nous montrons que le facteur de transcription (FT) Grainyhead-like 2 (GRHL2) agit en tant que gardien et régulateur principale de phénotype épithélial des lignées cellulaires du cancer du sein. La surexpression de GRHL2 dans des cellules cancéreuses du sein claudin-low induit une transition mésenchymateuse à épithéliale en induisant directement l'expression de plusieurs FT épithéliaux, cofacteurs et microARNs et par interférence avec d'autres voies de signalisation. La surexpression de GRHL2 dans les cellules MDA-MB-231 a entraîné l'ouverture de la chromatine et l'activation transcriptionnelle des gènes cibles tels que les inhibiteurs de l’EMT OVOL1 et OVOL2, réprimés dans les cellules mésenchymateuses. De plus, nous avons identifié le marqueur de type basal-like VGLL1, un cofacteur des TEADs, en tant que nouveau cofacteur de GRHL2, qui médie une partie des effets de GRHL2 dans les cellules MDA-MB-468. L'axe GRHL2/VGLL1 oppose les effecteurs de la voie de signalisation Hippo YAP / TEADs, qui sont dérégulés dans de nombreux cancers, et inhibe l'activation de certains de leurs gènes cibles impliqués dans la progression tumorale et les métastases. Dans la deuxième partie de notre étude, nous avons identifié, par une analyse de corrélation génique dans plusieurs jeux de données transcriptomiques de tumeurs du sein, un cluster de gènes hautement corrélés et spécifiquement exprimés dans les tumeurs basal-like, incluant FOXC1, VGLL1, BCL11A, GABRP, SOX6/8/10 et ELF5. Nous avons montré que la surexpression de FOXC1 dans des cellules épithéliales et mésenchymateuses active des voies de signalisation et induit l’expression de gènes enrichis dans les tumeurs basal-like, y compris le marqueur de type basal-like C1orf106, quoique ces effets soient largement spécifiques du contexte cellulaire. D’un autre côté, nous avons montré que les FT luminaux ERa, FOXA1 et GATA3 répriment directement l'expression des marqueurs de type basal-like VGLL1 et GABRP dans les cellules luminales MCF7. Ces études permettent de mieux comprendre le rôle et les mécanismes de la régulation transcriptionnelle par GRHL2 et ont identifié de nouveaux gènes cibles de VGLL1 et de FOXC1 dans les cellules cancéreuses du sein. Étant donné que les sous-types de cancer du sein sont liés à des aberrations génétiques affectant de manière distincte les patrons d'expression des gènes, l’identification des réseaux de régulation transcriptionnels spécifiques à chaque sous-type et une meilleure compréhension de l'impact de leur dérégulation sur les phénotypes tumoraux peuvent conduire à la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques spécifiques à chaque sous-type. / Breast cancer is a heterogenous disease currently defined by several subtypes that have been identified based on gene expression profiling and are related to different molecular alterations and clinical outcomes. Luminal tumors, expressing estrogen receptor alpha (ERa), are treated with endocrine therapies. HER2-enriched tumors also benefit from treatment with drugs targeting this receptor. However, basal-like, molecular apocrine and claudin-low tumors, lacking the expression of specific molecular targets, are mainly treated by chemotherapy. Breast cancer molecular subtypes are thought to be originated from a block of mammary epithelial cell differentiation at different stages. Luminal, HER2-enriched and basal-like tumors are characterized by an epithelial phenotype, however claudin-low tumors are distinguished by a less differentiated mesenchymal phenotype. Until now, transcription factors that dictate the epithelial identity of breast tumors and that underlie breast cancer subtype specification have not been well characterized. Here, we show that the transcription factor (TF) Grainyhead-like 2 (GRHL2) is a gatekeeper and a master regulator of the epithelial phenotype of breast cancer cell lines. GRHL2 overexpression in claudin-low breast cancer cells induces mesenchymal to epithelial transition by directly upregulating the expression of several epithelial TFs, cofactors and microRNAs and by crosstalk with other signaling pathways. GRHL2 overexpression in MDA-MB-231 cells resulted in chromatin opening and transcriptional activation of direct target genes such as the EMT inhibitors OVOL1 and OVOL2, repressed in mesenchymal cells. In addition, we uncovered the basal-like marker VGLL1, a TEAD cofactor, as a novel cofactor of GRHL2, which mediates part of GRHL2 effects in MDA-MB-468 cells. The GRHL2/VGLL1 axis counteracts the downstream effectors of the Hippo signaling pathway YAP/TEADs, which are deregulated in many cancers, and inhibits the activation of some of their target genes implicated in tumor progression and metastasis. In the second part of our study, we identified by performing gene correlation analysis in large transcriptome datasets of breast tumors a cluster of highly correlated genes specifically expressed in basal-like tumors, comprising FOXC1, VGLL1, BCL11A, GABRP, SOX6/8/10 and ELF5. We showed that FOXC1 overexpression in both mesenchymal and epithelial cells upregulates basallike signaling pathways and markers such as the basal-like marker C1orf106, although with little overlap indicating context-dependent gene regulation. Conversely, we showed that luminal TFs ERa, FOXA1 and GATA3 directly repress the expression of basal-like markers VGLL1 and GABRP in MCF7 luminal cells. These studies help to better understand the role and the mechanisms of transcriptional regulation by the epithelial transcription factor GRHL2 and identified previously unknown targets of basallike transcription factor FOXC1 and cofactor VGLL1 in breast cancer cells. As breast cancer subtypes are linked to genetic defects differentially affecting gene expression patterns, the characterization of relevant subtype-specific transcriptional regulatory networks and better understanding of the impact of their deregulation on the tumor phenotype may lead to the discovery of new therapeutic strategies specific to each subtype.

L’épidémie du VIH-1 dure maintenant depuis plus de 25 ans. La grande diversité génétique de ce virus est un obstacle majeur en vue de l’éradication de cette pandémie. Au cours des années, le VIH-1 a évolué en plus de cinquante sous-types ou formes recombinantes. Cette diversité génétique est influencée par diverses pressions de sélection, incluant les pressions du système immunitaire de l’hôte et les agents antirétroviraux (ARV). En effet, bien que les ARV aient considérablement réduit les taux de morbidité et de mortalité, en plus d’améliorer la qualité et l’espérance de vie des personnes atteintes du VIH-1, ces traitements sont complexes, dispendieux et amènent leur lot de toxicité pouvant mener à des concentrations plasmatiques sous-optimales pour contrôler la réplication virale. Ceci va permettre l’émergence de variantes virales portant des mutations de résistance aux ARV. Ce phénomène est encore plus complexe lorsque l’on prend en considération l’immense diversité génétique des différents sous-types. De plus, le virus du VIH est capable de persister sous forme latente dans diverses populations cellulaires, rendant ainsi son éradication extrêmement difficile. Des stratégies pouvant restreindre la diversité virale ont donc été préconisées dans le but de favoriser les réponses immunes de l’hôte pour le contrôle de l’infection et d’identifier des variantes virales offrant une meilleure cible pour des stratégies vaccinales ou immunothérapeutiques. Dans cet esprit, nous avons donc étudié, chez des sujets infectés récemment par le VIH-1, l’effet du traitement ARV précoce sur la diversité virale de la région C2V5 du gène enveloppe ainsi que sur la taille des réservoirs. En deuxième lieu, nous avons caractérisé la pression de sélection des ARV sur des souches virales de sous types variés non-B, chez des patients du Mali et du Burkina Faso afin d’évaluer les voies d’échappement viral dans un fond génétique différent du sous-type B largement prévalent en Amérique du Nord. Notre étude a démontré la présence d’une population virale très homogène et peu diversifiée dans les premières semaines suivant l’infection, qui évolue pour atteindre une diversification de +0,23% à la fin de la première année. Cette diversification est plus importante chez les sujets n’ayant pas initié de traitement. De plus, ceci s’accompagne d’un plus grand nombre de particules virales infectieuses dans les réservoirs viraux des cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC) chez ces sujets. Ces résultats suggèrent que l’initiation précoce du traitement pourrait avoir un effet bénéfique en retardant l’évolution virale ainsi que la taille des réservoirs, ce qui pourrait supporter une réponse immune mieux ciblée et potentiellement des stratégies immunothérapeutiques permettant d’éradiquer le virus. Nous avons également suivi 801 sujets infectés par des sous-types non-B sur le point de débuter un traitement antirétroviral. Bien que la majorité des sujets ait été à un stade avancé de la maladie, plus de 75% des individus ont obtenu une charge virale indétectable après 6 mois d’ARV, témoignant de l’efficacité comparable des ARV sur les sous-types non-B et B. Toutefois, contrairement aux virus de sous-type B, nous avons observé différentes voies moléculaires de résistance chez les sous type non-B, particulièrement chez les sous-types AGK/AK/K pour lesquels les voies de résistances étaient associées de façon prédominante aux TAM2. De plus, bien que la divergence entre les virus retrouvés chez les patients d’une même région soit faible, nos analyses phylogénétiques ont permis de conclure que ces mutations de résistance se sont produites de novo et non à partir d’un ancêtre commun porteur de résistance. Cependant, notre dernière étude au Mali nous a permis d’évaluer la résistance primaire à près de 10% et des études phylogénétiques seront effectuées afin d’évaluer la circulation de ces souches résistantes dans la population. Ces études suggèrent qu’un contrôle de la réplication virale par les ARV peut freiner la diversité du VIH et ainsi ouvrir la voie à un contrôle immunologique ciblé, utilisant de nouvelles stratégies vaccinales ou immunothérapeutiques. Toutefois, une thérapie antirétrovirale sous-optimale (adhérence, toxicité) peut conduire à l’échappement virologique en favorisant l’émergence et la dissémination de souches résistantes. / The HIV epidemic has been ongoing for 25 years. The striking genetic diversity of this virus is a formidable obstacle to the eradication of the pandemic. Throughout the years, HIV-1 has evolved in more than fifty subtypes and circulating recombinants forms. This evolution is shaped by selective pressures including the host immune responses and sub-optimal HAART treatment. In the era of HAART, HIV associated morbidity and mortality has decreased dramatically and significantly improved the life expectancy of infected individuals. However, treatments are complex, expensive and are associated with toxicity. When viral replication is not fully contained, drug mutations arise which further complicate treatment options. This phenomenon is even more complex when taking into account the great genetic diversity of various HIV-1 subtypes. HIV also has the capacity to persist in different cellular population and thus eradication is extremely difficult to achieve. Strategies aiming at limiting viral diversity and improving the host immune responses to control HIV replication are needed. The identification of conserved viral variants could ultimately be useful in vaccine design or as an immunotherapeutic target. Thus, we have studied the effects early HAART during primary HIV infection has on viral diversity in the C2V5 region of the env gene and on the size of viral reservoir. We then characterized the selective pressure of ARV on non-B subtype and evaluated drug resistance pathways in non-B HIV genetic background in infected subjects from Mali and Burkina Faso as they initiated treatment. Our study demonstrated a homogenous viral population during the first weeks post infection. Viral diversity did increase during the first year to reach +0.23% at the end of the first year post infection. Patients not initiating treatment exhibited a higher magnitude of viral diversity, and the size of their viral reservoir as determined by the number of infectious units per million PBMC’s also reached higher values. Our results suggest that early treatment, by slowing viral evolution and size of viral reservoir, could permit strong immune system responses against contemporaneous viruses and could help achieved eradication. In another study, we followed 801 patients infected with non-B subtype who were about to start antiretroviral therapy. The majority of these patients were at advanced stages of the infection. Nevertheless, more than 75% achieved undetectable viral load after 6 months of therapy. This very encouraging result led us to conclude that antiretroviral therapy was efficient in controlling replication in non-B subtype infection at similar level than in subtype B infection. In contrast to subtype B infection, we observed different molecular resistance pathways in non-B subtypes, particularly in the AGK/AK/K subtype for which mutations were predominantly associated with the TAM2 pathway. Although our phylogenetic analysis showed a very closely related viral population in our population, we were able to determine that those mutations were not from a common ancestral virus transmitted in this population but rather were emerging de novo in those patients. We conducted another study in Mali and our results showed a primary drug resistance frequency of 10%. We are now conducting phlylogenetic studies to evaluate the prevalence of drug resistance virus transmission in this population. Our studies suggest that controlling viral replication by treatment could delay viral evolution. A slower viral diversity could have a beneficial effect on the immune system and could lead to the development of new vaccines or immunotherapeutics strategies. However, sub-optimal drugs concentrations (poor adherence, toxicitiy) could lead to viral escape and emergence of virus bearing drug resistance mutations which could further be disseminated in the population.

Le virus de l'immunodéficience humaine (VIH) est responsable du syndrome d'immunodéficience humaine acquise (SIDA). Le virus est très variable et est classé en divers sous-types dont le sous-type B qui est le plus étudié et le C qui est le plus répandu. L'enveloppe (Env) à la surface du virus lui permet d'infecter des cellules du système immunitaire, parmi lesquelles les lymphocytes T CD4 (LT CD4) et les macrophages sont des cibles privilégiées. Nous avons étudié le rôle de variations de séquences dans la partie de Env qui n'est pas exposée à la surface du virus (la queue intravirale (gp41CT)). Nos résultats montrent que ce domaine contribue à la réplication du virus dans les LT CD4 et que des variations dans ce domaine entravent l'assemblage des protéines de structure du virus, diminuant la production de nouveaux virus. Ce défaut n'est pas observé dans les macrophages, suggérant qu'un facteur cellulaire est impliqué. Identifier ce facteur pourrait fournir de nouvelles cibles antivirales / The human immunodeficiency virus (HIV) is responsible for the pandemic of acquired immunodeficiency syndrome (AIDS). Being highly variable, the virus has been subdivided into viral subtypes. Subtype B is the most studied, while subtype C is the most spread. The envelope (Env) expressed at the surface of the virion enables infection of cells involved in the immune system, like CD4 cells (CD4 TL) and macrophages. We studied the Env region not exposed at the viral surface (intraviral tail, gp41CT), which also harbors sequence characteristics linked to viral subtype. Viruses with subtype C gp41CT had lower replication capacities in CD4 TL. Microscopy analysis showed a defect in clustering of the viral structural protein Gag, revealing that changes in gp41CT affect assembly of all viral components. This defect was seen in CD4 TL but not in macrophages, suggesting the involvement of a cellular factor. Identifying this factor could open new therapeutic leads

La donnée de séquences nucléotidiques permet d'inférer des arbres phylogénétiques, ou phylogénies, qui décrivent leur lien de parenté au cours de l'évolution. Associer à ces séquences leur date de prélèvement ou leur pays de collecte, permet d'inférer la localisation temporelle ou spatiale de leurs ancêtres communs. Ces données et procédures sont très utilisées pour les séquences de virus et, notamment, celles du virus de l'immunodéficience humaine (VIH), afin d'en retracer l'histoire épidémique à la surface du globe et au cours du temps. L'utilisation de séquences échantillonnées à des moments différents (ou hétérochrones) sert aussi à estimer leur taux de substitution, qui caractérise la vitesse à laquelle elles évoluent.Les méthodes les plus couramment utilisées pour ces différentes tâches sont précises, mais lourdes en temps de calcul car basées sur des modèles complexes, et ne peuvent traiter que quelques centaines de séquences. Devant le nombre croissant de séquences disponibles dans les bases de données, souvent plusieurs milliers pour une étude donnée, le développement de méthodes rapides et efficaces devient indispensable. Nous présentons une méthode de distances, Ultrametric Least Squares, basée sur le principe des moindres carrés, souvent utilisé en phylogénie, qui permet d'estimer le taux de substitution d'un ensemble de séquences hétérochrones, dont on déduit ensuite facilement les dates des spéciations ancestrales. Nous montrons que le critère à optimiser est parabolique par morceaux et proposons un algorithme efficace pour trouver l'optimum global.L'utilisation de séquences échantillonnées en des lieux différents permet aussi de retracer les chaînes de transmission d'une épidémie. Dans ce cadre, nous utilisons la totalité des séquences disponibles (~3 500) du sous-type C du VIH-1 (VIH de type 1), responsable de près de 50% des infections mondiales au VIH-1, pour estimer ses principaux flux migratoires à l'échelle mondiale, ainsi que son origine géographique. Des outils novateurs, basés sur le principe de parcimonie combiné avec différents critères statistiques, sont utilisés afin de synthétiser et interpréter l'information contenue dans une grande phylogénie représentant l'ensemble des séquences étudiées. Enfin, l'origine géographique et temporelle de ce variant (VIH-1 C) au Sénégal est précisément explorée lors d'une seconde étude, portant notamment sur les hommes ayant des rapports sexuels avec des hommes. / Nucleotide sequences data enable the inference of phylogenetic trees, or phylogenies, describing their evolutionary re-lationships during evolution. Combining these sequences with their sampling date or country of origin, allows inferring the temporal or spatial localization of their common ancestors. These data and methods are widely used with viral sequences, and particularly with human immunodeficiency virus (HIV), to trace the viral epidemic history over time and throughout the globe. Using sequences sampled at different points in time (or heterochronous) is also a mean to estimate their substitution rate, which characterizes the speed of evolution. The most commonly used methods to achieve these tasks are accurate, but are computationally heavy since they are based on complex models, and can only handle few hundreds of sequences. With an increasing number of sequences avail-able in the databases, often several thousand for a given study, the development of fast and accurate methods becomes essential. Here, we present a new distance-based method, named Ultrametric Least Squares, which is based on the princi-ple of least squares (very popular in phylogenetics) to estimate the substitution rate of a set of heterochronous sequences and the dates of their most recent common ancestors. We demonstrate that the criterion to be optimized is piecewise parabolic, and provide an efficient algorithm to find the global minimum.Using sequences sampled at different locations also helps to trace transmission chains of an epidemic. In this respect, we used all available sequences (~3,500) of HIV-1 subtype C, responsible for nearly 50% of global HIV-1 infections, to estimate its major migratory flows on a worldwide scale and its geographic origin. Innovative tools, based on the principle of parsimony, combined with several statistical criteria were used to synthesize and interpret information in a large phylogeny representing all the studied sequences. Finally, the temporal and geographical origins of the HIV-1 subtype C in Senegal were further explored and more specifically for men who have sex with men.

L’épidémie du VIH-1 dure maintenant depuis plus de 25 ans. La grande diversité génétique de ce virus est un obstacle majeur en vue de l’éradication de cette pandémie. Au cours des années, le VIH-1 a évolué en plus de cinquante sous-types ou formes recombinantes. Cette diversité génétique est influencée par diverses pressions de sélection, incluant les pressions du système immunitaire de l’hôte et les agents antirétroviraux (ARV). En effet, bien que les ARV aient considérablement réduit les taux de morbidité et de mortalité, en plus d’améliorer la qualité et l’espérance de vie des personnes atteintes du VIH-1, ces traitements sont complexes, dispendieux et amènent leur lot de toxicité pouvant mener à des concentrations plasmatiques sous-optimales pour contrôler la réplication virale. Ceci va permettre l’émergence de variantes virales portant des mutations de résistance aux ARV. Ce phénomène est encore plus complexe lorsque l’on prend en considération l’immense diversité génétique des différents sous-types. De plus, le virus du VIH est capable de persister sous forme latente dans diverses populations cellulaires, rendant ainsi son éradication extrêmement difficile. Des stratégies pouvant restreindre la diversité virale ont donc été préconisées dans le but de favoriser les réponses immunes de l’hôte pour le contrôle de l’infection et d’identifier des variantes virales offrant une meilleure cible pour des stratégies vaccinales ou immunothérapeutiques. Dans cet esprit, nous avons donc étudié, chez des sujets infectés récemment par le VIH-1, l’effet du traitement ARV précoce sur la diversité virale de la région C2V5 du gène enveloppe ainsi que sur la taille des réservoirs. En deuxième lieu, nous avons caractérisé la pression de sélection des ARV sur des souches virales de sous types variés non-B, chez des patients du Mali et du Burkina Faso afin d’évaluer les voies d’échappement viral dans un fond génétique différent du sous-type B largement prévalent en Amérique du Nord. Notre étude a démontré la présence d’une population virale très homogène et peu diversifiée dans les premières semaines suivant l’infection, qui évolue pour atteindre une diversification de +0,23% à la fin de la première année. Cette diversification est plus importante chez les sujets n’ayant pas initié de traitement. De plus, ceci s’accompagne d’un plus grand nombre de particules virales infectieuses dans les réservoirs viraux des cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC) chez ces sujets. Ces résultats suggèrent que l’initiation précoce du traitement pourrait avoir un effet bénéfique en retardant l’évolution virale ainsi que la taille des réservoirs, ce qui pourrait supporter une réponse immune mieux ciblée et potentiellement des stratégies immunothérapeutiques permettant d’éradiquer le virus. Nous avons également suivi 801 sujets infectés par des sous-types non-B sur le point de débuter un traitement antirétroviral. Bien que la majorité des sujets ait été à un stade avancé de la maladie, plus de 75% des individus ont obtenu une charge virale indétectable après 6 mois d’ARV, témoignant de l’efficacité comparable des ARV sur les sous-types non-B et B. Toutefois, contrairement aux virus de sous-type B, nous avons observé différentes voies moléculaires de résistance chez les sous type non-B, particulièrement chez les sous-types AGK/AK/K pour lesquels les voies de résistances étaient associées de façon prédominante aux TAM2. De plus, bien que la divergence entre les virus retrouvés chez les patients d’une même région soit faible, nos analyses phylogénétiques ont permis de conclure que ces mutations de résistance se sont produites de novo et non à partir d’un ancêtre commun porteur de résistance. Cependant, notre dernière étude au Mali nous a permis d’évaluer la résistance primaire à près de 10% et des études phylogénétiques seront effectuées afin d’évaluer la circulation de ces souches résistantes dans la population. Ces études suggèrent qu’un contrôle de la réplication virale par les ARV peut freiner la diversité du VIH et ainsi ouvrir la voie à un contrôle immunologique ciblé, utilisant de nouvelles stratégies vaccinales ou immunothérapeutiques. Toutefois, une thérapie antirétrovirale sous-optimale (adhérence, toxicité) peut conduire à l’échappement virologique en favorisant l’émergence et la dissémination de souches résistantes. / The HIV epidemic has been ongoing for 25 years. The striking genetic diversity of this virus is a formidable obstacle to the eradication of the pandemic. Throughout the years, HIV-1 has evolved in more than fifty subtypes and circulating recombinants forms. This evolution is shaped by selective pressures including the host immune responses and sub-optimal HAART treatment. In the era of HAART, HIV associated morbidity and mortality has decreased dramatically and significantly improved the life expectancy of infected individuals. However, treatments are complex, expensive and are associated with toxicity. When viral replication is not fully contained, drug mutations arise which further complicate treatment options. This phenomenon is even more complex when taking into account the great genetic diversity of various HIV-1 subtypes. HIV also has the capacity to persist in different cellular population and thus eradication is extremely difficult to achieve. Strategies aiming at limiting viral diversity and improving the host immune responses to control HIV replication are needed. The identification of conserved viral variants could ultimately be useful in vaccine design or as an immunotherapeutic target. Thus, we have studied the effects early HAART during primary HIV infection has on viral diversity in the C2V5 region of the env gene and on the size of viral reservoir. We then characterized the selective pressure of ARV on non-B subtype and evaluated drug resistance pathways in non-B HIV genetic background in infected subjects from Mali and Burkina Faso as they initiated treatment. Our study demonstrated a homogenous viral population during the first weeks post infection. Viral diversity did increase during the first year to reach +0.23% at the end of the first year post infection. Patients not initiating treatment exhibited a higher magnitude of viral diversity, and the size of their viral reservoir as determined by the number of infectious units per million PBMC’s also reached higher values. Our results suggest that early treatment, by slowing viral evolution and size of viral reservoir, could permit strong immune system responses against contemporaneous viruses and could help achieved eradication. In another study, we followed 801 patients infected with non-B subtype who were about to start antiretroviral therapy. The majority of these patients were at advanced stages of the infection. Nevertheless, more than 75% achieved undetectable viral load after 6 months of therapy. This very encouraging result led us to conclude that antiretroviral therapy was efficient in controlling replication in non-B subtype infection at similar level than in subtype B infection. In contrast to subtype B infection, we observed different molecular resistance pathways in non-B subtypes, particularly in the AGK/AK/K subtype for which mutations were predominantly associated with the TAM2 pathway. Although our phylogenetic analysis showed a very closely related viral population in our population, we were able to determine that those mutations were not from a common ancestral virus transmitted in this population but rather were emerging de novo in those patients. We conducted another study in Mali and our results showed a primary drug resistance frequency of 10%. We are now conducting phlylogenetic studies to evaluate the prevalence of drug resistance virus transmission in this population. Our studies suggest that controlling viral replication by treatment could delay viral evolution. A slower viral diversity could have a beneficial effect on the immune system and could lead to the development of new vaccines or immunotherapeutics strategies. However, sub-optimal drugs concentrations (poor adherence, toxicitiy) could lead to viral escape and emergence of virus bearing drug resistance mutations which could further be disseminated in the population.

La donnée de séquences nucléotidiques permet d'inférer des arbres phylogénétiques, ou phylogénies, qui décrivent leurs liens de parenté au cours de l'évolution. Associer à ces séquences leur date de prélèvement ou leur pays de collecte, permet d'inférer la localisation temporelle ou spatiale de leurs ancêtres communs. Ces données et procédures sont très utilisées pour les séquences de virus et, notamment, celles du virus de l'immunodéficience humaine (VIH), afin d'en retracer l'histoire épidémique à la surface du globe et au cours du temps. L'utilisation de séquences échantillonnées à des moments différents (ou hétérochrones) sert aussi à estimer leur taux de substitution, qui caractérise la vitesse à laquelle elles évoluent. Les méthodes les plus couramment utilisées pour ces différentes tâches sont précises, mais lourdes en temps de calcul car basées sur des modèles complexes, et ne peuvent traiter que quelques centaines de séquences. Devant le nombre croissant de séquences disponibles dans les bases de données, souvent plusieurs milliers pour une étude donnée, le développement de méthodes rapides et efficaces devient indispensable. Nous présentons une méthode de distances, Ultrametric Least Squares , basée sur le principe des moindres carrés, souvent utilisé en phylogénie, qui permet d'estimer le taux de substitution d'un ensemble de séquences hétérochrones, dont on déduit ensuite facilement les dates des spéciations ancestrales. Nous montrons que le critère à optimiser est parabolique par morceaux et proposons un algorithme efficace pour trouver l'optimum global. L'utilisation de séquences échantillonnées en des lieux différents permet aussi de retracer les chaînes de transmission d'une épidémie. Dans ce cadre, nous utilisons la totalité des séquences disponibles (~3500) du sous-type C du VIH-1, responsable de près de 50% des infections mondiales au VIH-1, pour estimer ses principaux flux migratoires à l'échelle mondiale, ainsi que son origine géographique. Des outils novateurs, basés sur le principe de parcimonie combiné avec différents critères statistiques, sont utilisés afin de synthétiser et interpréter l'information contenue dans une grande phylogénie représentant l'ensemble des séquences étudiées. Enfin, l'origine géographique et temporelle de ce variant (VIH-1 C) au Sénégal est précisément explorée lors d'une seconde étude, portant notamment sur les hommes ayant des rapports sexuels avec des hommes.

Cette thèse traite de la résistance du VIH-1 aux antirétroviraux, en particulier de l'activité antivirale de plusieurs inhibiteurs non nucléosidiques de la transcriptase inverse (INNTI) ainsi que des inhibiteurs de protéase (IP). Nous avons exploré l’émergence et la spécificité des voies de mutations qui confèrent la résistance contre plusieurs nouveaux INNTI (étravirine (ETR) et rilpivirine (RPV)) (chapitres 2 et 3). En outre, le profil de résistance et le potentiel antirétroviral d'un nouvel IP, PL-100, est présenté dans les chapitres 4 et 5. Pour le premier projet, nous avons utilisé des sous-types B et non-B du VIH-1 pour sélectionner des virus résistants à ETR, et ainsi montré que ETR favorise l’émergence des mutations V90I, K101Q, E138K, V179D/E/F, Y181C, V189I, G190E, H221H/Y et M230L, et ce, en 18 semaines. Fait intéressant, E138K a été la première mutation à émerger dans la plupart des cas. Les clones viraux contenant E138K ont montré un faible niveau de résistance phénotypique à ETR (3,8 fois) et une diminution modeste de la capacité de réplication (2 fois) par rapport au virus de type sauvage. Nous avons également examiné les profils de résistance à ETR et RPV dans les virus contenant des mutations de résistance aux INNTI au début de la sélection. Dans le cas du virus de type sauvage et du virus contenant la mutation unique K103N, les premières mutations à apparaître en présence d’ETR ou de RPV ont été E138K ou E138G suivies d’autres mutations de résistance aux INNTI. À l’inverse, dans les mêmes conditions, le virus avec la mutation Y181C a évolué pour produire les mutations V179I/F ou A62V/A, mais pas E138K/G. L'ajout de mutations à la position 138 en présence de Y181C n'augmente pas les niveaux de résistance à ETR ou RPV. Nous avons également observé que la combinaison de Y181C et E138K peut conduire à un virus moins adapté par rapport au virus contenant uniquement Y181C. Sur la base de ces résultats, nous suggérons que les mutations Y181C et E138K peuvent être antagonistes. L’analyse de la résistance au PL-100 des virus de sous-type C et CRF01_AE dans les cellules en culture est décrite dans le chapitre 4. Le PL-100 sélectionne pour des mutations de résistance utilisant deux voies distinctes, l'une avec les mutations V82A et L90M et l'autre avec T80I, suivi de l’addition des mutations M46I/L, I54M, K55R, L76F, P81S et I85V. Une accumulation d'au moins trois mutations dans le rabat protéique et dans le site actif est requise dans chaque cas pour qu’un haut niveau de résistance soit atteint, ce qui démontre que le PL-100 dispose d'une barrière génétique élevée contre le développement de la résistance. Dans le chapitre 5, nous avons évalué le potentiel du PL-100 en tant qu’inhibiteur de protéase de deuxième génération. Les virus résistants au PL-100 émergent en 8-48 semaines alors qu’aucune mutation n’apparaît avec le darunavir (DRV) sur une période de 40 semaines. La modélisation moléculaire montre que la haute barrière génétique du DRV est due à de multiples interactions avec la protéase dont des liaison hydrogènes entre les groupes di-tétrahydrofuranne (THF) et les atomes d'oxygène des acides aminés A28, D29 et D30, tandis que la liaison de PL-100 est principalement basée sur des interactions polaires et hydrophobes délocalisées à travers ses groupes diphényle. Nos données suggèrent que les contacts de liaison hydrogène et le groupe di-THF dans le DRV, ainsi que le caractère hydrophobe du PL-100, contribuent à la liaison à la protéase ainsi qu’à la haute barrière génétique contre la résistance et que la refonte de la structure de PL-100 pour inclure un groupe di-THF pourrait améliorer l’activité antivirale et le profil de résistance. / This thesis focuses on HIV-1 drug resistance and on the antiviral activity of several non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NNRTIs) and protease inhibitors (PIs). We have explored the mutational pathways and resistance patterns of several new NNRTIs (etravirine (ETR) and rilpivirine (RPV)) (Chapters 2 and 3). In addition, the drug resistance profile and potential of a novel protease inhibitor (PI) PL-100 is presented in Chapters 4 and 5. In the first project, we used both B and non-B subtypes of HIV-1 to select for ETR resistance and showed that ETR selected for mutations at positions V90I, K101Q, E138K, V179D/E/F, Y181C, V189I, G190E, H221H/Y and M230L within 18 weeks of commencing drug pressure. Interestingly, E138K was the first mutation to emerge in most instances. Viral clones containing E138K displayed low-level phenotypic resistance to ETR (3.8-fold) and modestly impaired replication capacity (2-fold) compared to wild-type virus. We also examined resistance patterns to ETR and RPV in viruses containing NNRTI mutations at baseline. In wild-type (wt) viruses and viruses containing K103N alone, E138K or E138G mutations were observed in the presence of either ETR or RPV drug pressure followed by the appearance of other NNRTI resistance mutations. Alternatively, subtype B viruses containing Y181C generated V179I/F or A62V/A on exposure to ETR or RPV drug pressure, respectively, but not E138K. The addition of mutations at position 138 to Y181C did not significantly enhance levels of resistance to ETR or RPV. We also observed that the combination of Y181C and E138K may lead to a less fit virus compared to virus containing Y181C alone. Based on these findings, we suggest that Y181C may be antagonistic to E138K. The tissue culture drug resistance analysis of PL-100 in subtype C and CRF01_AE viruses is described in Chapter 4. PL-100 selected for PI resistance mutations along either of two distinct pathways, one of which involved resistance mutations at positions V82A and L90M while the other involved a mutation at position T80I, with other mutations being observed at positions M46I/L, I54M, K55R, L76F, P81S and I85V. An accumulation of at least three mutations in the protease flap and enzyme active sites were required in each case for high-level resistance to occur, demonstrating that PL-100 has a high genetic barrier against the development of drug resistance. In Chapter 5, we evaluated the potential of PL-100 as a second generation HIV-1 protease inhibitor. PL-100 resistant variants emerged within 8-48 weeks while darunavir (DRV) did not select for resistance mutations over a period of 40 weeks. Structural modeling demonstrated that the high genetic barrier of DRV is due to numerous interactions with protease that include hydrogen-bonding to PR backbone oxygens at amino acid positions A28, D29 and D30 via di-tetrahydrofuran (THF) groups, while binding of PL-100 was predominantly based on polar interactions and delocalized hydrophobic interactions through its diphenyl groups. Our data suggest that hydrogen bonding contacts and the di-THF group in DRV, as well as the hydrophobic nature of PL-100, contribute to PI binding and a high genetic barrier for resistance and that redesigning the structure of PL-100 to include a di-THF group might improve it antiviral potency and drug resistance profile.

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