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Le remodelage de la membrane plasmique de la cellule-hôte est une des stratégies d’évasion immunitaire utilisée par le VIH-1 pour persister chez un hôte. Une des protéines accessoires du VIH-1, la protéine virale U (Vpu), joue un rôle important dans ce processus en régulant négativement l’expression de plusieurs protéines de surface. Lors d’une étude de protéomique quantitative du protéome de la membrane plasmique des cellules T exprimant Vpu de manière inductible, nous avons identifié le cluster de différenciation 47 (CD47) comme une protéine potentiellement ciblée et régulée négativement par Vpu. CD47 est une protéine multifonctionnelle exprimée de manière ubiquitaire et impliquée dans plusieurs processus cellulaires, telle que l’inhibition de la phagocytose via son interaction avec la protéine régulatrice SIRPα (« signal-regulatory protein alpha »), un récepteur principalement exprimé par les cellules myéloïdes, telles que les macrophages. CD47 module aussi l’apoptose caspase-indépendante directement via son engagement induit par la thrombospondine 1 (TSP-1) ou des anticorps monoclonaux anti-CD47 spécifiques. Les macrophages sont des cellules cibles importantes du VIH-1 qui sont infectés depuis les phases initiales de l’infection malgré l’absence des virus macrophage (M)-tropiques. Plusieurs études ont suggéré que l’infection des macrophages pourrait être le résultat de la phagocytose des lymphocytes T CD4+ infectés. Dans ce contexte, nous avons examiné si la régulation négative de CD47 par Vpu durant l’infection de cellules T pouvait favoriser la phagocytose par les macrophages et ainsi contribuer à leur infection. Nous avons initialement confirmé que CD47 est régulée négativement par le VIH-1, de manière Vpu-dépendante en utilisant des souches virales de laboratoire ainsi que des souches transmises/fondatrices (T/F). De plus, la coculture des cellules T infectées avec des macrophages dérivés de monocytes (MDMs) a démontré que la régulation négative de CD47 par Vpu provoque la capture et la phagocytose des cellules T infectées par les MDMs. Bien que les MDMs soient peu susceptibles à l’infection par les virus T/F, des expériences de coculture de MDMs avec des cellules T infectées par un virus T/F ont montré l’infection des MDMs et la relâche de particules infectieuses. Sur le plan du mécanistique, nous avons démontré que la déplétion de CD47 médiée par Vpu nécessite le domaine transmembranaire (TMD) de la protéine, ainsi que les motifs double-sérine (DSGNES, qui permet le recrutement du complexe E3 ubiquitine ligase SCFβTrCP1/2) et de trafic (ExxxLV) de Vpu. En effet, Vpu forme un complexe avec CD47 via son TMD et cible CD47 pour la dégradation lysosomale, ce qui est cohérent avec un mode d’action par lequel Vpu perturbe le trafic et/ou le renouvellement de CD47 à la membrane plasmique. Pour mieux définir les implications fonctionnelles de la régulation négative de CD47 par Vpu, nous avons par la suite évalué si celle-ci a un effet sur l’apoptose. Ainsi, nous avons confirmé que l’anticorps monoclonal anti-CD47 (clone CC2C6) permet d’induire l’engagement de CD47 et provoquer l’apoptose de manière CD47-dépendante. De plus, nous avons démontré que Vpu inhibe la réponse de cellules T infectées à l’apoptose suite à l’engagement de CD47 par l’anticorps CC2C6. L’ensemble de nos résultats souligne une nouvelle fonction de Vpu dans l’infection des macrophages en augmentant la phagocytose de cellules T infectées via un processus qui implique la régulation négative de CD47 à la surface des lymphocytes. Cette découverte permettra de mettre en lumière de nouveaux mécanismes régissant la transmission intercellulaire du VIH-1 et l’établissement de l’infection dans les macrophages durant les phases précoces de l’infection, une étape clé favorisant une transmission virale systémique et potentiellement l’établissement de réservoirs viraux persistants. Nos résultats mettent en évidence également un nouveau mécanisme par lequel le VIH-1 module l’apoptose de cellules infectées pour optimiser sa réplication et sa dissémination. Une meilleure connaissance de ces processus est importante pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutique et vaccinale contre l’infection par le VIH-1. / Remodelling of the host cell plasma membrane is one of the strategies used by HIV to evade host immune responses. One of the accessory proteins of HIV-1, the viral protein U (Vpu), plays a key role in this process by downregulating the expression of several cell-surface molecules. In the context of plasma membrane profiling studies of T cells inducibly-expressing HIV-1 Vpu, we identified the cluster of differentiation 47 (CD47) as a putative target downregulated by Vpu. CD47 is a ubiquitously expressed multifunctional protein involved in many cellular processes, such as inhibition of phagocytosis via its interaction with the signal-regulatory protein alpha (SIRPα), a surface receptor mainly expressed by myeloid cells, such as macrophages. In addition, CD47 modulates caspase-independent apoptosis directly through its ligation induced by thrombospondin 1 (TSP-1) or specific anti-CD47 monoclonal antibodies (mAbs). Macrophages are important targets of HIV-1, they are infected at early stages of infection despites the absence of macrophage (M)-tropic viruses, and several studies suggested that the infection of macrophages might result from phagocytosis of HIV-1-infected CD4+ T lymphocytes. In this context, we investigated whether Vpu-mediated CD47 downregulation during infection of T cells promotes the phagocytosis by macrophages and contributes to their infection. We firstly confirmed that surface CD47 is downregulated by HIV-1, in a Vpu-dependent manner by using either laboratory adapted or transmitted/founder (T/F) strains. Furthermore, cocultures of HIV-1-infected T cells with monocyte-derived macrophages (MDMs) revealed that CD47 downregulation by Vpu promotes capture and phagocytosis of infected T cells by MDMs. Importantly, while MDMs were weakly susceptible to infection by cell-free T/F virus, coculture experiments of MDMs with T/F virus-infected T cells led to infection of MDMs and release of infectious particles. Mechanistically, Vpu-mediated depletion of CD47 was found to require the transmembrane domain (TMD), the SCFβTrCP1/2 E3 ubiquitin ligase-interacting diserine motif (DSGNES), as well as the trafficking motif (ExxxLV) of Vpu. Indeed, Vpu can form a physical complex with CD47 through its TMD and target CD47 for lysosomal degradation, consistent with a mechanism whereby Vpu alters the trafficking and/or turnover of CD47 at the plasma membrane. To better define the functional implications of the Vpu-mediated CD47 downregulation, we subsequently evaluated whether this would regulate apoptosis. We confirmed that anti-CD47 mAb CC2C6 was able to induce CD47 ligation and promote apoptosis in a CD47-dependent manner. Furthermore, we showed that Vpu inhibited the response of HIV-1-infected cells to apoptosis following CD47 ligation induced by CC2C6 mAb. Altogether, our results highlight a novel function of Vpu in promoting infection of macrophages by increasing the phagocytosis of HIV-1-infected T cells through a process that involves downregulation of surface CD47. This finding provides new insights into the mechanisms governing the intercellular transmission of HIV-1 and the establishment of infection in macrophages during early stages of infection, a key step for a systematic viral transmission and potentially the establishment of persistent viral reservoirs. Our results also identify a new mechanism by which HIV-1 modulates apoptosis of infected T cells to optimize its replication and dissemination. A better understanding of these processes is important for developing novel therapeutic and vaccine strategies against HIV-1 infection.

Les coronavirus tels que le SARS-CoV-2 représentent un danger pour la santé publique, mobilisant la science pour le développement d’outils. Considérant les risques du SARS-CoV-2, celui doit être manipulé en laboratoire de niveau de sécurité 3, limitant la recherche. Le coronavirus OC43 représente un modèle utile manipulable en niveau de sécurité 2, mais peu de méthodes standardisées existent pour celui-ci. La première partie de cette étude consiste au développement de modèle de culture cellulaire pour la production et la titration de OC43. Mes travaux démontrent l’utilité des lignées MRC-5 et HRT-18 ainsi que la sensibilité de la titration par Tissue Culture Infectious Dose 50 Immunoperoxidase Assay (TCID50-IPA). La seconde partie emploie une méthode de pointe en virologie qui n’a pas encore été démontrée pour les coronavirus, soit la virométrie en flux. Celle-ci permet la quantification absolue de particules virales, ce qui est un avantage aussi bien pour la recherche que pour une potentielle méthode diagnostique. J'ai ainsi développé une méthode de purification et de concentration du coronavirus OC43 pour permettre son étude en virométrie en flux avec un bruit de fond négligeable. Un marquage efficace de ~99% des particules virales a été démontré avec les marqueurs Syto 13 et Syto 62. De plus, le marquage par un anticorps contre la protéine S permet de d’évaluer la présence de virus. Finalement, les nouvelles méthodes développées ici permettront des études plus poussées sur les coronavirus. / Coronaviruses such as SARS-CoV-2 represent a danger for public health, mobilizing science for the development of new tools. Considering the risks of SARS-CoV-2, a biosecurity level 3 laboratory is required for their studies, which limits scientific research. The coronavirus OC43 represents a useful model that can be safely manipulated in biosecurity level 2 facilities but existing methods to study this virus are not well standardized or optimized. Therefore, I firstly developed a cell culture model for the production and titration of OC43. My data demonstrate the importance of the cell lines MRC-5 and HRT-18 and the sensitivity of the titration method called Tissue Culture Infectious Dose 50 Immunoperoxidase Assay (TCID50-IPA). Secondly, I explored a cutting-edge virometry method called flow virometry which allows the absolute quantification of intact viral particles, which is advantageous for many studies or as a potential diagnostic tool. I hence put together a protocol to purify and concentrate OC43 for this application with minimal background noise. Moreover, labeling the virus with Syto dyes (Syto 13, Syto 62) is very efficient with ~99% of viral particles marked. Furthermore, an antibody against the S protein of OC43 can mark the virus efficiently enough to evaluate the presence of viral particles. Finally, the optimization and development of these methods for coronavirus will enable further research.

HSV-1 and HSV-2, both double-stranded DNA viruses of the Alphaherpesvirinae subfamily, reportedly have sub-clinical prevalence in nearly 67% of the world population. During their intra-nuclear virus replication, four types of capsids (procapsids, A, B, and C capsids) are produced while only C-capsids contain mature DNA. Given their larger size (125 nm) than the nuclear pores (30-50 nm), they exit the nucleus by an unusual route called nuclear egress. On the other hand, our lab previously found that HSV-1 incorporates 49 distinct host proteins, including DDX3X, a DEAD (Asp-Glu-Ala-Asp) box ATP-dependent RNA helicase that modulates gene expression of both DNA and RNA viruses. We also showed that DDX3X is redirected to the inner nuclear membrane late during the infection and interacts with pUL31, a component of the viral nuclear egress complex, to promote the nuclear exit of the viral capsids to the cytoplasm. However, the exact nature of such interactions remains elusive. On the other hand, our lab also reported that PCBP1 is specifically present on the C-capsids, and its depletion causes a reduction in viral titer. PCBP1 is known to bind with poly(c) RNA through K-homology (KH) domains and plays a role in mRNA stabilization, transcriptional control, RNA translation, antiviral immunity, and the modulation of viral propagation. Using confocal microscopy and co-immunoprecipitation studies, the present work reveals that DDX3X interacts with both components of the nuclear egress complex, i.e., pUL31 and pUL34, and that this interaction is independent of their phosphorylation by the pUS3 kinase that normally modulates their localization. Moreover, we also show that DDX3X interacts with PCBP1, which could explain the preferential selection of the C-capsids during the nuclear egress. This study is a step forward to map the complex multiple host protein interactions with viral partners and elucidate their possible role in the enigmatic selective escape of HSV-1 C-capsids. / HSV-1 et HSV-2, tous deux des virus à ADN double brin de la sous-famille des Alphaherpesvirinae, ont une prévalence subclinique chez près de 67 % de la population mondiale. Au cours de leur réplication virale intra-nucléaire, quatre types de capsides (procapsides, capsides A, B et C) sont produites tandis que seules les capsides C contiennent de l'ADN mature. Compte tenu de leur plus grande taille (125 nm) que les pores nucléaires (30 à 50 nm), ils quittent le noyau par une voie inhabituelle appelée sortie nucléaire. Notre laboratoire a précédemment découvert que le HSV-1 incorpore 49 protéines hôtes distinctes, dont DDX3X, une hélicase à ARN de type DEAD (Asp-Glu-Ala-Asp) dépendante de l'ATP qui module l'expression génique des virus à ADN et à ARN. DDX3X est redirigé vers la membrane nucléaire interne à la fin de l'infection et interagit avec pUL31, un composant du complexe de sortie nucléaire viral, pour favoriser la sortie nucléaire des capsides virales vers le cytoplasme. Cependant, la nature exacte de ces interactions reste incertaine. D'autre part, notre laboratoire a également signalé que PCBP1 est spécifiquement présent sur les capsides C et que sa déplétion entraîne une réduction du titre viral. PCBP1 est connu pour se lier à l'ARN poly (c) via les domaines d'homologie K (KH) et joue un rôle dans la stabilisation de l'ARNm, le contrôle transcriptionnel, la traduction de l'ARN, l'immunité antivirale et la modulation de la propagation virale. À l'aide de microscopie confocale et d'études de co-immunoprécipitation, le présent travail révèle que DDX3X interagit avec les deux composants du complexe de sortie nucléaire, à savoir pUL31 et pUL34, et que cette interaction est indépendante de leur phosphorylation par la kinase pUS3 qui module normalement leur localisation. De plus, nous montrons également que DDX3X interagit avec PCBP1, ce qui pourrait expliquer la sélection préférentielle des capsides C lors de la sortie nucléaire. Cette étude constitue un pas en avant dans la cartographie des interactions complexes entre protéines hôtes multiples et partenaires viraux et pour élucider leur rôle possible dans l’évasion sélective énigmatique des capsides C du HSV-1.

Das Krim-Kongo-hämorrhagische-Fieber (CCHF) ist eine von Zecken übertragene virale Zoonose, welche das Krankheitsbild einer hämorrhagischen Fiebererkrankung mit hoher Letalität auslöst. Die WHO stuft das CCHF-Virus als hochpathogenen Erreger ein, der potenziell einen weltweiten Gesundheitsnotstand hervorrufen kann, da bisher weder präventive noch kurative Heilansätze bestehen. Ziel dieser Arbeit war es einen Beitrag zur epidemiologischen Datenerfassung zu leisten und einen kostengünstigen, einfachen und schnellverfügbaren Test für die Akutphase der Erkrankung in Form eines Antigen-ELISAs zu entwerfen. Zur Datenerfassung wurden 464 Seren von Proband:innen mit Fieber aus verschiedenen Städten des Sudans mittels kommerzieller IgG-ELISAs und IFAs untersucht. 12 der 464 Seren zeigten einen positiven IgG-Nachweis, sodass eine Gesamtseroprävalenz von 2,6 % im untersuchten Kollektiv festzustellen war. Ein Großteil der positiven Seren stammte aus der Region Khashm el Girba, sodass vor allem hier Gesundheitspersonal und Einwohner für die Erkrankung sensibilisiert werden sollten. Die Herstellung des Antigentests basierte auf monoklonalen Antikörpern, die in Zellkultur mittels Hybridomzellen generiert wurden. 7 Antikörper konnten im Leipziger Labor identifiziert werden. 3 dieser Antikörper zeigten auch im Western-Blot und auf transfizierten Zellen ein hochselektives Ansprechen auf die NC-Region des rekombinanten CCHFV-Proteins. Weitere 4 Antikörper wurden im Friedrich-Loeffler-Institut produziert und zur Verfügung gestellt. Mit den vorhandenen monoklonalen Antikörpern wurden Kompetitionstests durchgeführt, um mögliche Interferenzen der Paratop-Epitop-Bindungen im Vorhinein zu identifizieren. Die monoklonalen Antikörper 4C7C3 und 3A7B2 zeigten die vielversprechendsten Ergebnisse und wurden für die Entwicklung des Antigentests genutzt. Dieser wies bis minimal 13 ng/ml rekombinanten Virusproteins nach. Für die Weiterentwicklung sollte der Test mit tierischen und menschlichen Seren evaluiert werden und die Kreuzreaktivität mit anderen Viren, die hämorrhagische Fiebererkrankungen auslösen, überprüft werden, um ein sicheres und günstiges Verfahren für die akute Diagnostik des CCHF zu bieten.

La maladie de Huntington (MH) est une maladie neurodégénérative qui se manifeste par un vaste répertoire de symptômes moteurs, cognitifs et psychiatriques. La pathologie est causée par une expansion anormale de la queue polyglutamine du gène huntingtine (HTT), qui code pour une protéine ubiquitaire du même nom, et qui possède différentes fonctions dans de nombreux processus cellulaires. La MH résulte de l'expression d'une forme mutée de la protéine huntingtine (mHTT), laquelle peut s'agréger et ainsi interférer avec les processus cellulaires conduisant à la dégénérescence des cellules. Une précédente étude a analysé les conséquences délétères de la présence de mHTT dans la barrière-hémato-encéphalique (BHE), une structure cellulaire localisée au niveau du réseau vasculaire cérébral qui empêche le passage de substances périphériques à l'intérieur du système nerveux central (SNC). Par conséquent, nous avons décidé d'explorer l'existence de déficiences similaires au niveau de la barrière entre sang et la moelle épinière, une structure similaire à la BHE, mais localisée dans le réseau vasculaire de la moelle épinière (blood-spinal cord barrier, BSCB). Nous avons d'abord analysé la distribution, la fréquence et la localisation spécifique des agrégats de mHTT dans des échantillons de moelle épinière provenant de patients MH et de contrôles sains. Ces analyses ont révélé la présence quasi-exclusive de la mHTT dans la substance grise de la moelle épinière. Nous avons par la suite mesuré l'impact de ces agrégats sur les composants protéiques de la BSCB. Notre analyse démontre une dérégulation significative de certaines protéines essentielles formant des jonctions serrées dans la barrière, causant possiblement le phénomène de perméabilité accrue de la BSCB observé chez les patients atteints de la MH. Des études précédentes ont conduit à la théorie selon laquelle la mHTT pourrait se comporter à la manière d'un prion, propageant ainsi la maladie dans le SNC. Nous avons validé cette théorie en utilisant trois approches différentes ; une in vitro et deux in vivo. Trois différents modèles cellulaires humains (SH-SY5Y, THP1, et iGABA) ont été traités avec des fibrilles synthétiques afin d'observer l'effet de fibrilles humaines exogènes de mHTT (Q48) et de huntingtine normale (HTT ; Q25). Nous avons observé que les fibrilles pouvaient être internalisées par ces cellules, induisant des changements morphologiques et de la mort cellulaire. De plus, des changements de niveaux de HTT ont été observés. Au cours des expériences in vivo, des souris adultes sauvages (WT) ont reçu une injection intra-corticale unilatérale de fibrilles synthétiques de fragments N-terminaux de (m)HTT (Q25 et Q48), alors que des souriceaux R6/2 et WT ont reçu une injection intraventriculaire bilatérale. Dans les deux protocoles, les injections de fibrilles Q48 ont conduit à des changements comportementaux et les analyses post-mortem ont révélé que ces fibrilles exogènes étaient capables d'induire et d'exacerber la pathologie. Ces résultats démontrent que la mHTT pourrait se comporter tel un prion, se propageant et aggravant la pathologie dans le SNC. De plus, la démonstration que la mHTT perturbe l'intégrité de la BSCB suggère que l'exacerbation de sa perméabilité pourrait être une route possible de la propagation de la mHTT. / Huntington's disease (HD) is a neurodegenerative disorder that results in a series of motor, cognitive, and psychiatric symptoms. The pathology is caused by abnormal expansion of the polyglutamine tract of the huntingtin gene (HTT), which encodes a ubiquitous protein named huntingtin, and has different functions in several cellular processes. HD results from the expression of a mutated form of the huntingtin protein (mHTT) that forms protein aggregates and disrupts these cellular processes causing neurodegeneration. A previous study analyzed the deleterious consequence of the presence of mHTT on the blood-brain barrier (BBB), a cellular structure located in the brain vasculature that prevents the passage of peripheral substances into the central nervous system (CNS). Therefore, we decided to explore the existence of similar impairments in the blood-spinal cord barrier (BSCB), a structure similar to the BBB, but located in the spinal cord vasculature. To begin with, we analyzed the anatomical distribution, frequency, and specific location of mHTT aggregates in spinal cord samples from HD and healthy control human samples, revealing an almost exclusive presence of mHTT within the grey matter of the spinal cord. We then measured HD impact on the spinal cord vasculature and BSCB permeability. Our analysis showed an increase of the small blood vessel density and the presence of features related to BSCB leakage, such as diffusion of fibrinogen in the surrounding parenchyma and peripheral cells infiltration. Moreover, the measure of the levels of the protein components of the BSCB revealed a downregulation of some essential proteins forming tight junctions in the barrier that is the likely cause of the increased BSCB permeability that we observed in HD patients. Previous studies led to the theory that mHTT might behave in a prion-like fashion spreading and seeding the disease throughout the CNS. We validated this theory using three different approaches; one in vitro and two in vivo. Three different human cell lines (SH-SY5Y, THP1, and iGABA neurons) were treated with synthetic fibrils to observe the effect of exogenous human fibrillar mHTT (Q48) and huntingtin (HTT) (Q25). We observed that the fibrils could be taken up by these cells, subsequently inducing cellular morphological changes and apoptosis. Moreover, changes in HTT levels and sequestration of endogenous HTT within pathological inclusion bodies were observed suggesting a prion-like behavior by mHTT. Subsequently, in in vivo experiments, wild type (WT) adult mice were administered an intracortical unilateral injection of synthetic fibrillar N-terminal fragments of mHTT (Q25 and Q48), while R6/2 and WT pups received a bilateral intraventricular injection. In both protocols, the Q48 injections resulted in behavioral changes and the appearance of features HD-related. The post-mortem analysis revealed that the exogenous fibrils were able to spread through the brain inducing and exacerbating the pathology in both animal models. These results demonstrate that mHTT might behave in a prion-like fashion, spreading and exacerbating the disease throughout the CNS. Moreover, the demonstration that mHTT disrupts the integrity of the BSCB suggests that the increased permeability could be a route of mHTT propagation.

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L’adénovirus a été étudié dans l’optique de développer de nouveaux traitements pour différentes maladies. Les vecteurs adénoviraux (AdV) sont des outils intéressants du fait qu’ils peuvent être produits en grandes quantités (1X1012 particules par millilitre) et de par leur capacité à infecter des cellules quiescentes ou en division rapide. Les AdVs ont subi bon nombre de modifications pour leur permettre de traiter des cellules tumorales ou pour transporter des séquences génétiques exogènes essentielles pour le traitement de maladies monogéniques. Toutefois, les faibles niveaux d’expression du récepteur primaire de l’adénovirus, le CAR (récepteur à l’adénovirus et au virus coxsackie), réduit grandement l’efficacité de transduction dans plusieurs tumeurs. De plus, certains tissus normaux comme les muscles n’expriment que très peu de CAR, rendant l’utilisation des AdVs moins significative. Pour pallier à cette limitation, plusieurs modifications ont été générées sur les capsides virales. L’objectif de ces modifications était d’augmenter l’affinité des AdVs pour des récepteurs cellulaires spécifiques surexprimés dans les tumeurs et qui seraient exempts dans les tissus sains avoisinant. On peut mentionner dans les approches étudiées: l’utilisation de ligands bispécifiques, l’incorporation de peptides dans différentes régions de la fibre ou la substitution par une fibre de sérotypes différents. Notre hypothèse était que les domaines d’interaction complémentaire (K-Coil et ECoil) permettraient aux ligands de s’associer aux particules virales et d’altérer le tropisme de l’AdV. Pour ce faire, nous avons inclus un domaine d’interaction synthétique, le K-Coil,dans différentes régions de la fibre virale en plus de générer des mutations spécifiques pour abolir le tropisme naturel. Pour permettre la liaison avec les récepteurs d’intérêt dont l’EGF-R, l’IGF-IR et le CEA6, nous avons fusionné le domaine d’interaction complémentaire, le E-Coil, soit dans les ligands des récepteurs ciblés dont l’EGF et l’IGF-I, soit sur un anticorps à un seul domaine reconnaissant la protéine membranaire CEA6, l’AFAI. Suite à la construction des différents ligands de même que des différentes fibres virales modifiées, nous avons determiné tout d’abord que les différents ligands de même que les virus modifiés pouvaient être produits et que les différentes composantes pouvaient interagir ensemble. Les productions virales ont été optimisées par l’utilisation d’un nouveau protocole utilisant l’iodixanol. Ensuite, nous avons démontré que l’association des ligands avec le virus arborant une fibre modifiée pouvait entraîner une augmentation de transduction de 2 à 21 fois dans différentes lignées cellulaires. À cause de la difficulté des adénovirus à infecter les fibres musculaires occasionnée par l’absence du CAR, nous avons cherché à savoir si le changement de tropisme pourrait accroître l’infectivité des AdVs. Nous avons démontré que l’association avec le ligand bispécifique IGF-E5 permettait d’accroître la transduction autant dans les myoblastes que dans les myotubes de souris. Nous avons finalement réussi à démontrer que notre système pouvait induire une augmentation de 1,6 fois de la transduction suite à l’infection des muscles de souriceaux MDX. Ces résultats nous amènent à la conclusion que le système est fonctionnel et qu’il pourrait être évalué dans des AdVs encodant pour différents gènes thérapeutiques. / Adenoviruses have been studied as a way to develop new treatments for different diseases. Adenoviral vectors (AdV) are considered interesting tools for this propose, because they can be produced at high titers (1X1012 particles per millilitre) in laboratory and they have the capacity to infect non-dividing and dividing cells. AdV have been often modified in order to obtain the ability to kill tumour cells or to deliver exogenous genetic sequences essential to treat monogenic disease. However, weak expression of the primary adenovirus receptor, the CAR (Coxsackie and adenovirus receptor) reduces greatly the transduction efficiency of AdV for the tumour cells. Moreover, some normal tissues express low amount of CAR, like the skeletal muscle, reducing the appeal of using AdV as a gene delivery vehicle for this tissue. To address this problematic, many modifications were done on the adenoviral capsid. The goal of these modifications were to generate an AdV able to target specific cellular receptors that were expressed in tumour cells but not in normal cells. Several approaches were done to modify the tropism of AdV, such as incubation with a bispecific ligands, incorporation of peptides within the adenoviral fiber structure or substitution of the viral fiber with a different serotype fiber. The hypothesis of my project was to determine if an interaction domain fused within a ligand could bind the complementary domain incorporated on a virus and change the tropism of the AdV. The first step was to include a synthetic interaction domain, the K-Coil, within specific region of the adenoviral fiber, as well as inserting two point mutations to abolish the natural tropism. To target the EGF-R, IGF-IR and the CEA6, we fused the complementary interaction domain, the E-Coil, to the respective ligand known as the EGF and the IGF-I or to a single domain antibody (known as AFAI) that bind specifically to CEA6. The specific interaction between the E-Coil and K-Coil was used to associate the ligand with the fiber in order to retarget the AdV toward the selected receptor. We showed that the different ligands as well as the modified fibers could be produced and that both E-Coil and K-Coil expressing partners could interact together. We optimized the viral production by using an iodixanol purification protocol. More importantly, we clearly demonstrated that the ligand association with the fiber could increase the transduction efficiency between 2 to 21 fold against various tumour cells. The difficulty of adenovirus to infect muscle cells because of the lack of CAR expression brought us to evaluate the potential of our retargeted AdV to increase the transduction for the tissue. We showed that the use of IGF-E5 could increase the transduction efficiency in myoblasts as wells as in myotubes. We finally demonstrated that our retargeting system could increase the transduction efficiency for skeletal muscle by 1,6 fold in new born MDX mice. In conclusion, our results show that the retargeting system is indeed functional. This system could be assessed using vectors that express therapeutic genes.

Le VIH infecte les cellules par fusion de sa membrane avec la membrane de la cellule cible. Cette fusion est effectuée par les glycoprotéines de l'enveloppe (Env) qui sont synthétisées en tant que précurseur, gp160, qui est ensuite clivé en gp120 et gp41. La protéine gp41 est la partie transmembranaire du complexe de l'enveloppe et l’ancre à la particule virale alors que la gp120 assure la liaison au récepteur cellulaire CD4 et corécepteur CCR5 ou CXCR4. Ces interactions successives induisent des changements de conformation d’Env qui alimentent le processus d'entrée du virus conduisant finalement à l'insertion du peptide de fusion de la gp41 dans la membrane de la cellule cible. La sous-unité extérieure gp120 contient cinq régions variables (V1 à V5), dont trois (V1, V2 et V3) étant capables d’empêcher l’adoption spontanée de la conformation liée à CD4. Cependant, le rôle de régions variables V4 et V5 vis-à-vis de ces changements de conformation reste inconnu. Pour étudier leur effet, des mutants de l'isolat primaire de clade B YU2, comprenant une délétion de la V5 ou une mutation au niveau de tous les sites potentiels de N-glycosylation de la V4 (PNGS), ont été générés. L'effet des mutations sur la conformation des glycoprotéines d'enveloppe a été analysé par immunoprécipitation et résonance de plasmon de surface avec des anticorps dont la liaison dépend de la conformation adopté par la gp120. Ni le retrait des PNGS de la V4 ni la délétion de V5 n’a affecté les changements conformationnels d’Env tels que mesurés par ces techniques, ce qui suggère que les régions variables V1, V2 et V3 sont les principaux acteurs dans la prévention de l’adoption de la conformation lié de CD4 d’Env. / HIV infects cells by fusing its membrane with the membrane of the target cell. This fusion is performed by the envelope glycoproteins (Env) which are synthesized as a precursor, gp160, which is later cleaved into gp120 and gp41. The transmembrane protein gp41 anchors the envelope complex to the viral particle whereas the gp120 ensures the binding to the cell receptor CD4 and coreceptor CCR5 or CXCR4. These sequential interactions trigger conformational changes on Env that fuel the viral entry process ultimately leading to the insertion of the gp41-derived-fusion peptide into the target cell membrane. The exterior subunit gp120 contains five variable regions (V1 to V5), of which three (V1, V2 and V3) have been shown to restrain the spontaneous sampling of the CD4-bound conformation by gp120. However, the role of variable regions V4 and V5 in these conformational changes remains unknown. To investigate their effect, mutants of the clade B YU2 primary isolate, comprising a deletion of the V5 or mutating all V4 potential N-linked glycosylation sites (PNGS), have been generated. The effect of mutations on the conformation of the envelope glycoproteins was analyzed by immunoprecipitation with conformation-dependent antibodies and surface plasmon resonance. Neither the removal of the V4 PNGS nor the removal of V5 affected Env conformational changes as measured by these techniques. Thus, suggesting that variable regions V1, V2 and V3 are the major players in preventing Env from spontaneously snapping into the CD4-bound conformation.

Alors que d’énormes efforts sont mis de l’avant pour mettre en place des stratégies thérapeutiques contre l’infection au VIH-1, il est nécessaire de mieux cerner les déterminants viraux qui aideront à l’efficacité de celles-ci. En ce sens, une volumineuse littérature scientifique suggère que les anticorps contre le VIH-1 possédant une capacité à induire une réponse effectrice dépendante de leur portion Fc puissent jouer un rôle important dans la prévention de l’infection et dans la progression de la maladie. Cependant, peu d’information est disponible concernant les déterminants reconnus par ces anticorps et comment le virus s’en protège. Le but des travaux présentés dans cette thèse est donc d’élucider les mécanismes viraux contrôlant la reconnaissance des cellules infectées par ces anticorps capables d’induire une réponse effectrice. De par les corrélats de protection identifiés au cours de l’essai vaccinal RV144, les travaux présentés ici se concentrent sur la réponse cytotoxique dépendante des anticorps (ADCC), puisqu’il s’agit d’une réponse effectrice suggérée pour avoir joué un rôle dans la protection observée dans le RV144, seul essai vaccinal anti-VIH à avoir démontré un certain degré de protection. De plus, plusieurs anticorps capables d’induire cette réponse contre le VIH sont connus pour reconnaître les glycoprotéines de surface du virus (Env) dans une conformation dite ouverte, c’est-à-dire la conformation adoptée lors de la liaison d’Env avec son récepteur CD4 (épitopes CD4i). Nous avons mis au point deux techniques in vitro permettant d’étudier ces changements de conformation ainsi que leur impact sur la réponse ADCC. Les techniques mises au point, un ÉLISA sur base cellulaire pour mesurer les changements de conformation d’Env ainsi que la mesure de la réponse ADCC par cytométrie en flux, nous ont permis de démontrer comment le virus empêche l’exposition des épitopes d’Env CD4i. L’activité simultanée des protéines accessoires virales Nef et Vpu sur le retrait du récepteur CD4 de la surface des cellules infectées et l’inhibition du facteur de restriction Tétherine / BST-2 par Vpu contrôlent à la fois les niveaux d’Env et de CD4 à la surface cellulaire et donc modulent l’interaction Env-CD4 et ultimement la susceptibilité à la réponse ADCC contre les épitopes CD4i reconnus par des anticorps hautement prévalents lors de l’infection au VIH. Également, nous démontrons comment de petits composés mimant la liaison de CD4 sur Env sont capables de forcer l’exposition des épitopes CD4i, même en présence des protéines Nef et Vpu, et donc d’augmenter la susceptibilité des cellules infectées à la réponse ADCC. Une autre découverte présentée ici est la démonstration que la portion soluble d’Env produite par les cellules infectées peut interagir avec le récepteur CD4 des cellules non-infectées avoisinantes et induire leur reconnaissance et élimination par la réponse ADCC contre Env. Somme toute, la modulation de la réponse ADCC par l’interaction Env–CD4 représente un important pilier de la relation hôte – pathogène du VIH-1 de la perspective des réponses Fc-dépendantes. Les travaux présentés dans cette thèse ont le potentiel d’être utilisés dans l’élaboration de nouvelles stratégies antivirales tout en élargissant les connaissances fondamentales de cette interaction hôte – pathogène. / While huge efforts are put forth to develop therapeutic strategies against HIV-1 infection, it is necessary to better understand the viral determinants that will help the effectiveness of these approaches. Moreover, a voluminous scientific literature suggests that antibodies against HIV-1 that have the ability to induce an Fc-mediated effector response can play an important role in the prevention and control of the disease. However, little information is available regarding the determinants recognized by these antibodies and how the virus protects itself from this response. The aim of the work presented in this thesis is therefore to better elucidate the viral mechanisms controlling recognition of infected cells by antibodies capable of inducing effector responses. In regards to the correlates of protection identified in the RV144 vaccine trial, the work presented here focuses on antibody-dependant cellular cytotoxicity (ADCC), since this effector response was suggested to have played a role in the protection observed in the RV144 trial. In addition, many antibodies that induce this response against HIV are known to recognize the virus surface glycoprotein (Env) in an open conformation, that is to say, the conformation adopted by the binding of Env with the CD4 receptor (CD4i epitopes). We have developed two in vitro techniques to study these conformational changes and their impact on ADCC responses. The techniques developed, a cell-based ELISA to measure Env conformational changes and the measure of ADCC responses by flow cytometry, allowed us to demonstrate how the virus prevents exposure of Env CD4i epitopes. The simultaneous activity of viral accessory proteins Vpu and Nef on the removal of CD4 from the surface of infected cells and the Vpu-mediated inhibition of the restriction factor Tetherin / BST-2 control both Env and CD4 levels at the cell surface, thus modulating Env-CD4 interaction. This ultimately results in a decrease in the susceptibility of infected cells to ADCC responses against CD4i epitopes recognized by antibodies that are highly prevalent during HIV infection. Also, we demonstrate how using small compounds mimicking the CD4 binding of Env forces the exposure of CD4i epitopes, even in the presence of Nef and Vpu proteins, and therefore increases the susceptibility to ADCC responses against infected cells. Another discovery is presented here that demonstrates how the soluble portion of Env produced by infected cells can interact with the CD4 receptor on the bystanders non-infected cells and induce their recognition and elimination by ADCC responses against Env. Overall, the modulation of ADCC responses by Env-CD4 interaction is an important pillar of HIV-1 host – pathogen interaction from the perspective of Fc effector functions. The work presented in this thesis has the potential to be used in the development of new antiviral strategies while expanding the fundamental understanding of HIV-1 host - pathogen interactions.