Les virus zoonotiques sont une menace pour les humains à cause de leur capacité à passer des réservoirs animaux à l'homme. La rage est provoquée par un virus zoonotique (Virus de la Rage) qui a de multiples réservoirs animaux. La rage est contractée lors de la morsure par un animal infecté et est incurable et létale après l'apparition des premiers symptômes. Un défi visant à éradiquer la rage chez les chiens à l'horizon 2030 a été proposé. Il imposera de stopper la transmission du virus aux populations de chiens à partir des autres réservoirs animaux. Pour cela, il est essentiel de comprendre les mécanismes de transmission entre hôtes potentiels du virus. Dans notre thèse, nous faisons l'hypothèse que le passage d'un hôte à un autre est lié à la diversité des populations virales chez un hôte donné, appelée "hétérogénéité virale".Pour étudier cette hétérogénéité virale, des méthodes de séquençage des populations virales ont été développées. La transmission du virus de la rage entre chiens a été analysée et un évènement de transmission entre chien et renard a été étudié. Une plus importante hétérogénéité virale a été observée chez le renard après sa contamination par le chien en comparaison avec d'autres renards infectés par des congénères de la même espèce. Ceci suggère que l'hétérogénéité virale est importante dans le phénomène de transmission inter-espèce. Ces résultats sont importants pour améliorer notre compréhension de l'évolution du virus de la rage chez un nouvel hôte et pourront aider les efforts d'éradication de la maladie. / Zoonotic viruses are a threat to humans, jumping from animal reservoirs into humans. Rabies is caused by rabies virus (RABV), a zoonotic virus, with many animal reservoirs. Rabies is contracted from a bite of infected animal and once symptoms appear, death is inevitable. A challenging target date of 2030 to eliminate rabies in dogs has been set. One challenge will be stopping RABV re-entering the dog population from other animal reservoirs. Understanding how RABV switches hosts is important to prevent it happening. In this thesis, I hypothesise that successful host switching is due to the diverse population of viruses within the host termed ‘viral heterogeneity’. To investigate viral heterogeneity, methods to sequence the virus populations within clinical samples were developed. Transmission of RABV within dogs was analysed and a host shift event from dogs to foxes was investigated. High viral heterogeneity was seen in foxes after the host shift than in other foxes, suggesting it is important for a successful host shift. These data will be important to improve our understanding of how viruses evolve in new hosts, helping governments to eradicate disease.

Le détournement de la machinerie cellulaire par un pathogène est souvent essentiel à sa propagation dans l'organisme de l'hôte. Les voies de signalisation qui contrôlent l'homéostasie cellulaire constituent une cible stratégique de nombreux virus lors d'une infection. Le virus de la rage possède la particularité d'induire la survie des neurones qu'il infecte. Le site de fixation à des domaines PDZ (PDZ-BS) de la glycoprotéine du virus de la rage a été identifié comme étant un élément clef dans le contrôle des voies de survie et d'apoptose. Ce PDZ-BS reconnaît uniquement deux isoformes de la famille des " Microtubule Associated Serine/Threonine kinase " (MAST1 et MAST2). La kinase MAST2 possède une fonction inhibitrice de survie en contrôlant l'élongation des neurites et interagit, par ailleurs, avec le PDZ-BS de la phosphatase PTEN, autre inhibiteur essentiel de la survie neuronale. Nous avons montré in vitro que les domaines C-terminaux de PTEN (PTEN13-Cter) et de la glycoprotéine (Cyto13-vir) entrent en compétition pour la fixation domaine PDZ de MAST2. La résolution de la structure du domaine PDZ de MAST2 et PTEN13-Cter, son ligand endogène, révèle un mode d'interaction original avec une large surface d'interaction. Ce réseau d'interaction est conservé dans la structure du domaine PDZ de MAST2 complexé au ligand viral Cyto13-vir. En parallèle, nous avons démontré que le PDZ-BS de la glycoprotéine est nécessaire pour induire la survie des cellules infectées et qu'il module la distribution spatiale de PTEN in cellulo. Cette localisation est dépendante de la phosphorylation de PTEN-Cter.

Alors que les étapes du cycle du virus de la rage sont plutôt bien décrites, les interactions du virus avec la machinerie cellulaire restent mal connues. Le but de ce projet de thèse a été d’identifier et caractériser les voies de signalisation cellulaires impliquées dans le déroulement du cycle viral. Les kinases cellulaires jouent un rôle majeur dans la régulation de ces voies et certaines protéines rabiques ont déjà été décrites comme cibles de ces enzymes. Afin d’identifier les kinases impliquées dans le déroulement du cycle viral, nous avons réalisé un criblage d’une banque d’inhibiteur de kinases. L’analyse a été effectuée par cytométrie en flux dans des cellules infectées avec un virus rabique recombinant exprimant la protéine fluorescente GFP. Nous avons ainsi pu isoler deux inhibiteurs de kinases bloquant l’infection : La Tyrphostin 9,un inhibiteur de l’autophosphorylation du récepteur au PDGF (platelet-derived growth factor) (PDGF.R), et la Rottlerin, un inhibiteur de la PKCδ et découplant mitochondrial. Nous avons confirmé leur activité anti-virale dans différents types cellulaires (fibroblaste, glioblastome,neuroblastome et neurones primaires) et sur deux souches rabiques (CVS et SAD-B19). Par diverses approches expérimentales, nous avons identifié l’étape du cycle viral ciblée par chacun de ces inhibiteurs. Les résultats obtenus montrent que la Tyrphostin 9 perturbe une étape très précoce de l’infection : la fusion virale et plus particulièrement l’acidification endosomale. Nous avons observé que la Tyrphostin 9 provoquait également une désagrégation de l’appareil de Golgi. L’inhibition de l’acidification endosomale pourrait donc découler de cet effet. En présence de Rottlerin, le cycle viral est également inhibé au niveau d’une étape précoce : la réplication. A l’aide de siRNA, nous avons montré que cet effet de la Rottlerin est indépendant de la PKCδ. Les expériences réalisées avec un découplant mitochondrial bien caractérisé, le CCCP, tendent à montrer que l’effet de la Rottlerin est dû à sa fonction de découplant mitochondrial, qui induit une diminution du niveau d’ATP intracellulaire. Ce travail a permis d’identifier deux inhibiteurs de kinases inhibant des étapes précoces du cycle rabique. Les cibles cellulaires précisément impactées ainsi que l’effet sur le fonctionnement cellulaire lors de l’infection virale restent à déterminer. Des études in vivo pourraient valider leur utilisation en tant qu’agents antiviraux. / However the rabies viral cycle is fairly well described, the interactions with the cellular machinery are not. This thesis project aimed at identifying and characterizing the cellular signaling pathways involved in the establishment and progress of the viral cycle through the study of cellular kinases. Indeed, kinases are the main actors of these pathways and their effects on certain rabies proteins have already been reported. In order to identify kinases involved in the viral cycle, we screened a kinase inhibitor library for anti-viral activity using a recombinant rabies virus expressing the GFP fluorescent protein. This assay allowed us to isolate two kinase inhibitors that block rabies virus infection: Tyrphostin 9, an inhibitor of the receptor tyrosine kinase platelet-derived growth factor receptor (PDGF.R), and Rottlerin, a PKCδ inhibitor and mitochondrial uncoupler. We confirmed their anti-viral action in different cell types (fibroblast, glioblastoma, neuroblastoma, as well as primary neurons) and on different rabies strains (CVS and SAD-B19). Using various experimental approaches, we found that each inhibitor impairs an early stage of the viral cycle: the viral fusion and more specifically the endosomal acidification by Tyrphostin 9 and the viral replication step by Rottlerin. We observed that Tyrphostin 9 also caused disintegration of the Golgi apparatus. The inhibition of endosomal acidification could therefore result from this effect. Seeking for the mechanisms involved in Rottlerin’s effect, we evidenced that it is independent of PKCδ. Experiments with a well characterized mitochondrial uncoupler (CCCP), revealed that the Rottlerin anti-viral effect is rather due to its mitochondrial uncoupling function, which leads to a decrease of the cellular ATP level. This study allowed the identification of two kinase inhibitors with anti-viral effects acting on early stages of the rabies cycle. The cellular targets as well as the effect on the cellular functions during viral infection remain to be determined. In vivo studies could validate their use in therapeutics as anti-rabies agents.

Le virus de la rage appartient à l'ordre des Mononegavirales. Ces virus sont enveloppés, et leur génome est<br />composé d'une seule molécule d'ARN de polarité négative. Dans le cas du virus de la rage, cet ARN encode<br />cinq protéines virales dont la nucléoprotéine (N) qui est fortement impliquée dans la réplication et la<br />transcription du virus. L'objectif de mon travail de thèse consistait à obtenir des informations structurales à<br />la meilleure résolution possible sur la nucléoprotéine (N) du virus de la rage, ceci afin de mieux comprendre<br />les mécanismes impliqués dans la multiplication virale. La nucléoprotéine existe sous deux formes : en<br />complexe « soluble » avec la phosphoprotéine (P), ou associée à l'ARN viral. Le complexe N-ARN viral est<br />la matrice utilisée par l'ARN-polymérase pour effectuer la transcription et la réplication. Il est possible de<br />produire de manière recombinante des complexes N-ARN en forme d'anneaux composés d'un nombre de<br />nucléoprotéines allant de 9 à 15 sous-unités par complexe. La mise au point d'une technique biochimique<br />pour purifier ces différentes espèces suivie d'études en microscopie électronique et en cristallographie aux<br />rayons X ont conduit à l'obtention d'un modèle atomique à une résolution de 3.5 Å. L'ultrastructure du<br />complexe dont la structure a été résolue est formée par l'association entre 11 nucléoprotéines et un brin<br />d'ARN de 99 bases. Il s'agit de la première structure de nucléoprotéine d'un virus à ARN négatif associée à<br />son substrat, l'ARN. Cette structure permet de constater que la nucléoprotéine séquestre étroitement l'ARN<br />limitant ainsi la formation d'ARN double brin et le protégeant de la réponse immunitaire innée. Pour devenir<br />accessible à la polymérase virale, l'ARN génomique du virus de la rage doit être dissocié localement de<br />quelques protomères de nucléoprotéine. Ce mode de fonctionnement spécifique existe probablement pour<br />d'autres virus comme celui de la rougeole, Ebola ou la grippe, responsables eux aussi de pathologies<br />humaines graves. La nucléoprotéine est une cible antivirale intéressante puisqu'elle n'existe qu'au sein des<br />virus.

Le virus de la stomatite vésiculaire (VSV) sert de modèle pour l'étude de la multiplication des virus (Mononegavirales) alors que la rage(RV) reste un sérieux problème de santé publique. Le génome de VSV et RV code notamment la nucléoprotéine (N) et la phosphoprotéine (P). N s'associe étroitement à l'ARN viral. Ce complexe N-ARN sert de matrice pour la réplication et la transcription virale. P est le cofacteur de la polymérase virale (L) et chaperonne N. En interagissant avec N-ARN (domaine C-terminal) et avec L (domaine N-terminal), P assure le lien physique entre l'ARN viral et L. La stœchiométrie de P, sa structure et son rôle exact pendant la transcription et la réplication restent incertains. Mon travail a consisté à une caractérisation biophysique et structurale de P et des complexes N-ARN-P pour mieux comprendre la dynamique du complexe de réplication de ces virus.<br />L'analyse biophysique montre que P RV & VSV existent sous forme de dimère allongé en solution. L'analyse bioinformatique a révélé une organisation modulaire, confirmé par des études biochimiques et biophysiques de mutants de P RV. La structure du domaine C-terminal de P VSV a été résolue par RMN et montre une homologie celle du C-ter de P RV. La caractérisation de l'interaction entre P et les anneaux N-ARN a révélé l'existence de deux types de complexes N-ARN-P (contenant un et 2 dimères de P par anneau). L'étude par ME des complexes nucléocapsides-P a permis de mettre en évidence un changement de conformation important.<br />Pour devenir accessible à L, l'ARN viral doit se dissocier localement de N. L'interaction N-ARN-P représente potentiellement une nouvelle cible pour le développement d'antiviraux.

Les synapses fibres moussues de l‘hippocampe entre le gyrus denté et les cellulespyramidales de CA3 sont caractérisées par leur morphologie particulière, et par leurspropriétés distinctives de transmission synaptique et de plasticité présynaptique. Cessynapses sont parfois appelées «détonatrices» pour leur rôle fonctionnel dansl‘encodage de la mémoire épisodique. Cependant, les mécanismes moléculaires à labase des propriétés spécifiques de ces synapses restent peu connus. Ce travail estcomposé de deux parties principales:1) Phénotypage des synapses fibres moussues de l'hippocampe chez les sourisVAMP7 KOVAMP7 est une protéine SNARE vésiculaire de la famille des longins, qui joue unrôle dans la croissance des neurites durant le développement. Dans le cerveauadulte, VAMP7 est enrichi dans un sous-ensemble de terminaisons nerveuses, enparticulier dans les fibres moussues de l‗hippocampe. Nous avons analysé lafonction de VAMP7 dans la libération de neurotransmetteurs par une caractérisationextensive de la transmission synaptique et des mécanismes de plasticité de cettesynapse. L'absence de VAMP7 ne cause pas de graves déficits développementauxou neuronaux (Sato et al., 2011; Danglot et al., 2012). Les mécanismesprésynaptiques de la plasticité à court terme de la fibre moussue de l‘hippocampesemblent également normaux, pour des raisons éventuelles qui seront discutées.2) Circuits du CA3 examinés par traçage viral et enregistrements de pairesNous avons développé une technique pour établir des enregistrements en pairesentre cellules en grain du gyrus denté connectées et cellules pyramidales CA3 (GCCA3),sur des cultures organotypiques de tranches d'hippocampe de souris. Pouridentifier les partenaires présynaptiques directs à une cellule pyramidale CA3 ciblée,nous avons combiné l‘électroporation cellulaire unitaire et le traçage mono-transsynaptiquebasé sur un virus de la rage recombinant et pseudotypé. Nous avonstransfecté une cellule pyramidale CA3 unique par tranche avec les plasmides codantla glycoprotéine d‘enveloppe du virus de la rage (RG), un rapporteur fluorescent, etla protéine TVA (récepteur de surface apparenté au EnvA, qui n'a pas d‘homologuechez les cellules de mammifères). Les tranches ont ensuite été infectées avec levirus de la rage recombinant et pseudotypé. Après 3-4 jours, le traçage mono-transsynaptiquerévèle les entrées présynaptiques de ce neurone unique. Ensuite, nousavons pu établir des enregistrements de paires entre les cellules en grain-CA3connectés, ainsi que de quantifier les partenaires présynaptiques de la cellulepyramidale CA3 de départ. / The hippocampal mossy fiber is characterized by its particular morphology, distinctsynaptic transmission and presynaptic plasticity. Moreover, this synapse has beencalled ―teacher‖ or ―detonator‖ for its proposed functional role in episodic memoryencoding. Nevertheless, the molecular mechanisms underlying its specific functionalproperties remain elusive. This work is composed of two main parts:1) Phenotyping Hippocampal Mossy Fiber Synapses in VAMP7 KO MiceVAMP7 is a vesicle SNARE of the longin family important in neurite growth duringdevelopment. In the adult brain, VAMP7 is enriched in a subset of nerve terminals,particularly at the hippocampal mossy fiber. We analyzed VAMP7 function inneurotransmitter release by characterizing basal and evoked transmission at thissynapse in KO mice and fully tested hypotheses relevant to short-term plasticity.Loss of VAMP7 has been previously reported not to cause major developmental orneurological deficits (Sato et al., 2011; Danglot et al., 2012). Presynapticmechanisms of short-term plasticity at the hippocampal mossy fiber also seemunaffected for potential reasons that will be discussed.2) CA3 Circuits Probed with RABV-Tracing and Paired RecordingsWe developed a technique to establish paired recordings between connected dentategyrus granule cells and CA3 pyramidal cells (GC-CA3) in mouse hippocampalorganotypic slice cultures. To identify direct presynaptic partners to a defined targetCA3 pyramidal cell, we combined single-cell electroporation (SCE) and mono-transsynaptictracing based on a pseudotyped, recombinant rabies virus (EnvApseudotyped RABV ΔG). Using SCE we transfected a single CA3 pyramidal cell perslice with the plasmids encoding: the RABV envelope glycoprotein (RG), afluorescent reporter, and TVA (the EnvA cognate surface receptor, which has nohomologue in mammalian cells). The slices were subsequently infected with EnvApseudotyped RABV ΔG. After 3-4 days, the RABV mono-trans-synaptic tracingrevealed the presynaptic inputs of that single neuron. Then, we were able toestablish paired recordings between connected GC-CA3 cells, as well as to quantifythe presynaptic partners of the starter CA3 pyramidal cell. / De mosvezel van de hippocampus kenmerkt zich door een bijzondere morfologie,uitzonderlijke synaptische transmissie en presynaptische plasticiteit. De synapswordt ook wel "leraar" of "detonator" genoemd vanwege zijn waarschijnlijke rol in decodering van het episodisch geheugen. Toch blijven de specifieke moleculairemechanismen van dit synaps onbekend. Dit werk bestaat uit twee delen:1) Fenotypering van mosvezel synapsen van de hippocampus in VAMP7 KO muizenVAMP7 is een vesicle-SNARE van de longin familie van belang bij de groei vanneurieten tijdens de ontwikkeling. In de volwassen hersenen, wordt VAMP7 verrijkt ineen subset van zenuwuiteinden, vooral in de mosvezel van de hippocampus. Weanalyseerden VAMP7 functie in neurotransmitter afgifte door het karakteriseren vanbasale en opgeroepen transmissie bij deze synaps in KO muizen. Eerder is algesteld dat gebrek aan VAMP7 niet leidt tot grote ontwikkelings- of neurologischeafwijkingen (Sato et al., 2011; Danglot et al., 2012). Presynaptische mechanismenvan korte termijn plasticiteit in de mosvezel van de hippocampus lijken ookonaangetast te zijn, de mogelijke redenen hiervoor zullen worden besproken.2) CA3 circuits onderzocht met behulp van RABV-tracing en gekoppelde opnamesWe ontwikkelden een techniek om gekoppelde opnames tussen korelcellen van degyrus dentatus en aangesloten CA3 piramidale cellen (KC-CA3) op zogenaamde‗mouse hippocampal organotypic slice cultures‘ te meten. Om rechtstreeksepresynaptische partners te identificeren van een specifieke CA3 piramidale cel,combineerden we single-cell electroporation (SCE) en mono-trans-synaptic tracingop basis van een pseudo-typed, recombinant rabiësvirus (EnvA pseudogetypedRABV ΔG). Met behulp van SCE transfecteerde we één CA3 piramidale cel per slicemet plasmiden die coderen voor: het RABV glycoproteïne-envelop (RG), eenfluorescerende reporter, en TVA (de aan EnvA verwante oppervlakte receptor diegeen homoloog in zoogdiercellen heeft). De slices werden vervolgens geïnfecteerdmet ENVA pseudogetyped RABV ΔG. Na 3-4 dagen bracht de RABV mono-transsynaptischetracing de presynaptische ingangen van die ene neuron aan het licht.Hierna konden we gekoppelde opnames doen tussen verbonden KC-CA3 cellen.Daarnaast konden we de presynaptische partners van de starter CA3 pyramidale celkwantificeren.