Les multi-thérapies actuelles permettent de maintenir l'infection au VIH-1 sous contrôle, mais malheureusement n'entraînent pas l'éradication du virus du fait de l'existence de réservoirs cellulaires, où le virus est intégré de façon latente. Les cellules microgliales, cibles privilégiées du VIH-1 dans le cerveau, sont les macrophages résidents du système nerveux central et ont été décrites comme un réservoir cellulaire avec une longue durée de vie. Ce genre de cellule, infectée de façon latente, apparaît comme un des principaux obstacles à l'éradication. Ainsi, la compréhension des mécanismes sous-jacents impliqués dans l'extinction de la transcription virale, semble une étape cruciale afin de parvenir à purger ces réservoirs. Notre laboratoire à déjà montré l'importance du répresseur transcriptionnel CTIP2 dans l'établissement et le maintien de la latence dans ces cellules. Dans le cadre de ma thèse je me suis intéressé à deux autres facteurs cellulaires, LSD1 et HIC1. Au cours de mes travaux, j'ai mis en évidence le rôle répresseur de ces protéines sur la transcription virale dans les microglies. LSD1 coopère avec CTIP2 pour promouvoir l'établissement de marques épigénétiques au niveau du promoteur viral pour induire la mise en place d'hétérochromatine. LSD1 est à l'origine du recrutement de CTIP2, mais aussi d'un autre complexe multiprotéique, COMPASS. A la différence de CTIP2 et LSD1, le suppresseur de tumeur HIC1 est un perturbateur du transactivateur viral TAT. HIC1 est préalablement modifié post-traductionnellement par la déacétylase SIRT1 et va ensuite contrecarrer l'activité de TAT afin d'empêcher la réactivation de la transcription du virus. Ainsi, tandis que LSD1 et CTIP2 favorise l'établissement de la latence, HIC1 permet quant à lui d'entretenir cet état du provirus dans les cellules microgliales. Les travaux présentés ici mettent en évidence deux nouveaux facteurs de la restriction de l'expression virale et permettent de définir de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les stratégies de purge des réservoirs.

Les cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDC) sont infectées par le VIH-1 et la diminution de leur nombre dans la circulation sanguine est corrélée avec la virémie des patients. Au cours de mes travaux de thèse, nous avons montré que les anticorps neutralisants (AcN) spécifiques du VIH-1 inhibent l'infection des pDC par des isolats primaires de VIH-1. Contrairement aux mDC, le mécanisme d'inhibition de l'infection des pDC est indépendant du RFcγII présent à leur surface. En parallèle, nos résultats indiquent que les pDC produisent de l'interféron-α et d'autres cytokines et chimiokines en réponse au VIH-1, même lorsque l'infection des cellules est inhibée par les AcN. Enfin, nous avons observé l'inhibition du transfert en cis et en trans du VIH-1 des pDC aux lymphocytes T CD4 par les AcN.Dans un contexte d'induction d'AcN par vaccination, l'inhibition de la réplication du VIH-1 dans les pDC associé au maintien de la sécrétion de cytokines pro-inflammatoire par ces cellules pourrait favoriser l'élimination du virus et ralentir sa dissémination dans l'organisme.

L'étude de la structure de l'ARN est reconnue un sujet d'actualité qui permet de connaître sa fonction. Il existe différentes techniques enzymatiques ou chimiques classiques et récentes couplées au séquençage à haut débit pour étudier la structure de l'ARN. Le projet de thèse vise l'optimisation de deux techniques de cartographie déjà existantes et se divise en deux parties. La première partie concerne l'optimisation de la technique de hSHAPE et ceci en synthétisant de nouvelles sondes fluorescentes à transfert d'énergie capables d'étudier de faibles quantités d'ARN et adaptées au séquenceur d'ADN. Mon travail a permis la synthèse de 5 molécules fluorescentes intermédiaires et l'obtention d'une sonde finale. L'étude de cette sonde a montrée que l'interaction entre les deux fluorophores est majoritairement due à un mécanisme de couplage excitonique causé par la flexibilité et la distance entre les deux entités fluorescentes. De plus, les propriétés de la molécule sont fortement dépendantes du solvant. Dans la deuxième partie, nous cherchons à optimiser la cartographie en solution afin d'étudier le génome entier du VIH-1 in virio. Pour cela, nous avons synthétisé 4 molécules dérivées de l'anhydride isatoïque et modifiées sur la fonction amine N1 par un groupement propyn-2-yle. Nous avons aussi préparé 8 molécules de référence. De plus, des études préliminaires réalisées sur l'ARN 1-311 du VIH-1 ont montré que nos composés modifient l'ARN et qu'il est possible de fixer la biotine-PEG3-azoture par click chemistry sur les ARN ainsi modifiés.

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Le VIH-1 bourgeonne sous forme immature et doit subir l’étape de maturation afin d’acquérir son caractère infectieux. La maturation protéolytique du précurseur Pr55Gag induit le réarrangement morphologique de la particule alors que le dimère d’ARNg acquiert une compaction optimale. Ces réarrangements conformationnels restent encore inconnus et sont facilités par l’activité chaperonne de la protéine NCp7. Notre but a été de déterminer les différentes étapes menant à l’obtention d’un dimère d’ARNg mature. Nous avons donc étudié la structure des 550 premiers nucléotides du génome par cartographie chimique, à la fois 1. in vitro en présence des protéines Pr55Gag, GagΔp6, intermédiaires contenant le domaine NC et NCp7 et 2. in viro par l’approche hSHAPE-Seq que nous avons développé. Les particules matures et bloquées aux différentes étapes de maturation de Pr55Gag ont été analysées ainsi que des particules matures et totalement immatures traitées avec l’éjecteur de zinc AT-2. Ce traitement permet d’identifier les sites de protection de Pr55Gag et NCp7 ainsi que leur activité déstabilisatrice. / The HIV-1 particle buds from the infected cell as an immature particle and has to undergo a maturation process to become infectious. Proteolytic processing of Pr55Gag triggers morphological rearrangements of the particle whereas the gRNA dimer becomes more stable. Genomic rearrangements remain poorly understood and are facilitated by the RNA chaperone activity of the NCp7 protein. Our goal was to determining the different steps leading to the formation of the mature dimeric gRNA. To this end, the structure of the first 550 nucleotides of the HIV-1 genome was assessed by chemical probing 1. in vitro with Pr55Gag, GagΔp6, NC-containing intermediates and NCp7 proteins and 2. in viro with the hSHAPE-Seq approach we developed. Wild type and mutant viruses mimicking the sequential processing of Pr55Gag were analysed, as well as immature PR- and mature particles treated with the AT-2 zinc ejector, in order to identify the Pr55Gag and NCp7 binding sites and their gRNA destabilising activity.

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.

L’épidémiologie moléculaire des virus VIH-1 en France est caractérisée par une augmentation constante de la diversité virologique et de la fréquence des virus de sous-types non-B chez les patients en primo-infection. Entre 1997 et 2007, 28.4% des 591 patients suivis étaient infectés par des virus de sous-types non-B. De plus, 49 patients (8.3%) étaient infectés par des souches de sous-types différents sur les gènes pol et env, témoignant d’évènements de recombinaisons entre ces gènes. Ces virus recombinants étaient isolés à la fois chez des patients originaires d’Afrique sub-saharienne (28.3%) et des sujets caucasiens (6.3%). Ces résultats témoignent des échanges de souches virales entre les populations d'origine africaine et caucasienne, contribuant encore à augmenter la diversité virologique dans ces deux populations. Parmi 131 virus de sous-types non-B, 12.2% étaient classés comme ayant un tropisme CXCR4 par méthode génotypique, mais seulement 0.8% par méthode phénotypique, indiquant d’une part la faible proportion de virus non-B de tropisme CXCR4 en primo-infection en France, et d’autre part le manque de spécificité des méthodes génotypiques de détermination du tropisme pour ces sous-types, rendant nécessaire la mise au point d’autres algorithmes spécifiques pour ces virus.L’analyse de 987 virus isolés dans la cohorte entre 1999 et 2010 a mis en évidence que 12.7% d’entre eux étaient regroupés en "clusters" de transmission. Les patients en primo-infection contribuent donc de façon significative à la propagation de l’épidémie de VIH en France, particulièrement les hommes homo/bi-sexuels, avec une fréquence augmentant au cours de la période récente (2006-2010).La comparaison des quasi-espèces virales circulant concomitamment chez 8 patients en primo-infection (« receveurs ») et leurs 8 partenaires sexuels respectifs (« donneurs ») a révélé dans tous les cas la transmission d’un virus unique, présent de façon minoritaire parmi les sous-populations virales du donneur. La transmission virale muqueuse implique donc une sélection génétique drastique. / High genetic diversity is a major characteristics of HIV-1. In France, although subtype B strains are still predominant, the proportion of non-B viruses isolated in patients at the time of primary HIV-1 (PHI) infection increases over time. Between 1997 and 2007, 28.4% of patients were infected with non-B subtypes strains. Forty-nine viruses showed different phylogenies between the pol and env genes, indicating that recombinations have occurred in 8.3% of cases. These recombinants were isolated both in patients from Sub-Saharan Africa (28.3%) and in white subjects (6.3%).The phenotypic analysis of viral tropism of 131 non-B strains showed a very low (0.8%) proportion of CXCR4-tropic strains (X4 strains) at the time of PHI. Compared to phenotypic tests, genotypic predictions can overestimate (12.2% versus 0.8%) the proportion of X4 strains in non-B subtypes.The phylogenetic analysis of 987 strains isolated in 1999-2010 showed that 12.7% of PHI cosegregated into 56 transmission chains. PHIs are a significant source of onward transmission, especially in men having sex with men, with increasing frequency during the recent years (10.2% in 1999-2006 versus 15.2% in 2006-2010, p=0.02).The comparison of the viral quasispecies isolated in plasma and PBMC samples from 8 patients at the time of PHI ("recipients") and their transmitting partners ("donors") suggested that a severe genetic bottleneck occurrs during HIV-1 heterosexual and homosexual transmission. Indeed, we observed in all cases the transmission of a single variant, which was derived from an infrequent variant population within the blood of the donor. The proportion of X4 quasispecies in donors were higher in case of X4 versus CCR5-tropic viral transmission, suggesting that X4 transmission may be associated with a threshold of X4 circulating quasispecies in donors.

Après 30 années de recherche, de nombreux obstacles s'opposent encore à la conception d'un vaccin contre le SIDA. En effet, il n'existe pas de consensus sur les corrélats immunitaires de protection qu'il devra induire ni sur les mécanismes à l'origine de la progression vers le SIDA chez les individus infectés. Dans un premier temps, nous avons cherché à concevoir un virus hybride structuralement semblable au VIH-1 et capable de se répliquer exclusivement dans le cytoplasme des cellules infectées. Dans cet objectif, nous avons développé des nouveaux vecteurs bi et tri-cistroniques dérivés du poliovirus et contenant les séquences des gènes gag et/ou env du VIH-1. Nous avons montré que ces réplicons permettaient l'expression des protéines structurales du VIH-1 sous leur forme mature. Dans un second temps, nous avons mis en évidence une corrélation indiquant que, plus la composition nucléotidique (% A/T/G/C) d'un lentivirus diverge de celle de son hôte, plus la probabilité qu'il soit pathogène est élevée. Nous avons montré que l'optimisation artificielle de la composition nucléotidique de séquences d'ARN lentivirales diminuait leur capacité d'induction d'interféron (IFN-I) après transfection. Nous avons ensuite synthétisé un virus de l'immunodéficience simienne (VIS) dont la séquence a été artificiellement optimisée à la composition nucléotidique moyenne du macaque. Ce virus présente une capacité d'induction d'IFN-I in vitro réduite par rapport au VIS sauvage. Ces données indiquent pour la première fois un lien entre la composition nucléotidique du génome des lentivirus et la progression vers le SIDA. Elles suggèrent de nouvelles stratégies vaccinales d'atténuation du VIH-1. / After over thirty years of AIDS epidemic, we still need to identify immunological correlates of protection against AIDS and we do not properly understand how HIV causes AIDS in infected individuals. In order to reproduce the protective capacity of live attenuated viruses, we first aimed at generating a hybrid virus structurally similar to HIV-1 and able to replicate exclusively in the cytoplasm of infected cells. We developed new polioviral pluricistronic vectors that contain HIV-1 packaging sequences, gag gene and/or env gene. We then showed that the use of these replicons was compatible with the production of processed and mature HIV structural proteins. Secondly, we investigated the consequences of the lentivirus nucleotide composition (% A/T/G/C) bias on their pathogenicity. We found a correlation, indicating that AIDS results from infection by primate lentiviruses having the most divergent nucleotide composition compared to their hosts, whereas less divergent lentiviruses cause non-pathogenic infections. A strong type I interferon (IFN-I) response during the chronic phase of infection is a typical feature of lentiviral pathogenic infection. We showed that nucleotide optimization of lentiviral RNA sequences dramatically reduce their in vitro capacity to induce IFN-I. We synthesized a simian immunodeficiency virus (SIV), whose genome sequence was artificially optimized to the macaque average nucleotide composition. This virus showed a reduced capacity to stimulate IFN-I in vitro than wt SIV. These data indicate for the first time a link between the nucleotide composition of lentiviruses and their pathogenicity. They suggest new vaccine attenuation strategies against AIDS.

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