Rhinovirus Genome Variation during Chronic Upper and Lower Respiratory Tract Infections.

Routine screening of lung transplant recipients and hospital patients for respiratory virus infections allowed to identify human rhinovirus (HRV) in the upper and lower respiratory tracts, including immunocompromised hosts chronically infected with the same strain over weeks or months. Phylogenetic analysis of 144 HRV-positive samples showed no apparent correlation between a given viral genotype or species and their ability to invade the lower respiratory tract or lead to protracted infection. By contrast, protracted infections were found almost exclusively in immunocompromised patients, thus suggesting that host factors rather than the virus genotype modulate disease outcome, in particular the immune response. Complete genome sequencing of five chronic cases to study rhinovirus genome adaptation showed that the calculated mutation frequency was in the range observed during acute human infections. Analysis of mutation hot spot regions between specimens collected at different times or in different body sites revealed that non-synonymous changes were mostly concentrated in the viral capsid genes VP1, VP2 and VP3, independent of the HRV type. In an immunosuppressed lung transplant recipient infected with the same HRV strain for more than two years, both classical and ultra-deep sequencing of samples collected at different time points in the upper and lower respiratory tracts showed that these virus populations were phylogenetically indistinguishable over the course of infection, except for the last month. Specific signatures were found in the last two lower respiratory tract populations, including changes in the 5'UTR polypyrimidine tract and the VP2 immunogenic site 2. These results highlight for the first time the ability of a given rhinovirus to evolve in the course of a natural infection in immunocompromised patients and complement data obtained from previous experimental inoculation studies in immunocompetent volunteers.

Complete Nucleotide Sequence of Mouse Mammary Tumor Virus from JYG Chinese Wild Mice: Absence of Bacterial Insertion Sequences in the Cloned Viral gag Gene.

Mammary tumors of a newly isolated strain of Chinese wild mouse (JYG mouse) harbor exogenous mouse mammary tumor virus (MMTV). The complete nucleotide sequence of exogenous JYG-MMTV was determined on the proviral 5' long terminal repeat (LTR)(partial)-gag-pol-env-3' LTR (partial) fragment cloned into a plasmid vector and the cDNA sequence from JYG-MMTV producing cells. Similarly to the other MMTV species the LTR of JYG-MMTV contains an open reading frame (ORF). The amino acid sequence of the JYG-MMTV ORF resembles that of SW-MMTV (92% identity) and endogenous Mtv-7 (93% identity) especially at the C-terminal region. Thus, a functional similarity in T-cell receptor V beta recognition as a superantigen is implicated among these MMTV species. Analysis of the viral gag nucleotide sequence revealed that this gene is not disrupted by the bacterial insertion sequence IS1 or IS2, which have been reported to be present in the majority of the plasmids containing the gag region. Comparison of amino acid sequences of JYG-MMTV with those of BR6-MMTV showed that over 96% of the amino acids of gag, pol, protease and env products are identical. These results suggest the intact nature of the nucleotide sequence of the near full-length MMTV genome cloned in the plasmid.

Population-based genome-wide association studies reveal six loci influencing plasma levels of liver enzymes.

Plasma liver-enzyme tests are widely used in the clinic for the diagnosis of liver diseases and for monitoring the response to drug treatment. There is considerable evidence that human genetic variation influences plasma levels of liver enzymes. However, such genetic variation has not been systematically assessed. In the present study, we performed a genome-wide association study of plasma liver-enzyme levels in three populations (total n = 7715) with replication in three additional cohorts (total n = 4704). We identified two loci influencing plasma levels of alanine-aminotransferase (ALT) (CPN1-ERLIN1-CHUK on chromosome 10 and PNPLA3-SAMM50 on chromosome 22), one locus influencing gamma-glutamyl transferase (GGT) levels (HNF1A on chromosome 12), and three loci for alkaline phosphatase (ALP) levels (ALPL on chromosome 1, GPLD1 on chromosome 6, and JMJD1C-REEP3 on chromosome 10). In addition, we confirmed the associations between the GGT1 locus and GGT levels and between the ABO locus and ALP levels. None of the ALP-associated SNPs were associated with other liver tests, suggesting intestine and/or bone specificity. The mechanisms underlying the associations may involve cis- or trans-transcriptional effects (some of the identified variants were associated with mRNA transcription in human liver or lymphoblastoid cells), dysfunction of the encoded proteins (caused by missense variations at the functional domains), or other unknown pathways. These findings may help in the interpretation of liver-enzyme tests and provide candidate genes for liver diseases of viral, metabolic, autoimmune, or toxic origin. The specific associations with ALP levels may point to genes for bone or intestinal diseases.

The number of Toll-like receptor 9-agonist motifs in the adenovirus genome correlates with induction of dendritic cell maturation by adenovirus immune complexes.

Adenovirus serotype 5 (Ad5) vectors and specific neutralizing antibodies (NAbs) generate immune complexes (ICs) which are potent inducers of dendritic cell (DC) maturation. Here we show that ICs generated with rare Ad vector serotypes, such as Ad26 and Ad35, which are lead candidates in HIV vaccine development, are poor inducers of DC maturation and that their potency in inducing DC maturation strongly correlated with the number of Toll-like receptor 9 (TLR9)-agonist motifs present in the Ad vector's genome. In addition, we showed that antihexon but not antifiber antibodies are responsible for the induction of Ad IC-mediated DC maturation.

Viral genotype-specific role of PNPLA3, PPARG, MTTP, and IL28B in hepatitis C virus-associated steatosis.

BACKGROUND & AIMS: Steatosis is a prominent feature of hepatitis C, especially in patients infected with genotype 3. The analysis of genetic polymorphisms influencing steatosis in chronic hepatitis C has been limited by the studies' small sample size, and important single nucleotide polymorphisms (SNPs), such as those in the patatin-like phospholipase family 3 protein (PNPLA3), were never evaluated. METHODS: We analyzed the role of SNPs, from 19 systematically selected candidate genes, on steatosis in 626 Caucasian hepatitis C virus (HCV) infected patients. SNPs were extracted from a genome-wide association-generated dataset. Associations of alleles with the presence and/or different severity of steatosis were evaluated by univariate and multivariate logistic regression, accounting for all relevant covariates. RESULTS: The risk of steatosis was increased by carriage of I148M in PNPLA3, but only in patients with HCV genotypes non-3 (odds ratio [OR]=1.9, 95% confidence interval [CI]=1.6-2.3, p<0.001) and similar, albeit weaker associations were found for SNPs in peroxisome proliferator-activated receptor-γ (PPARG) and interleukin-28B (IL28B). Carriage of a SNP in the microsomal triglyceride transfer protein (MTTP) increased the risk of steatosis, but only in patients with HCV genotype 3 (rs1800803, OR=3.4, 95% CI=2.4-4.9, p=0.001). CONCLUSIONS: The rs738409 SNP in PNPLA3 is associated with an increased risk of steatosis in patients infected with HCV genotypes non-3. Host genes affect steatosis depending on the infecting HCV genotype, suggesting their interaction with viral factors.

Sequence similarity between the viral cp gene and the transgene in transgenic papayas

The Papaya ringspot virus (PRSV) coat protein transgene present in 'Rainbow' and 'SunUp' papayas disclose high sequence similarity (>89%) to the cp gene from PRSV BR and TH. Despite this, both isolates are able to break down the resistance in 'Rainbow', while only the latter is able to do so in 'SunUp'. The objective of this work was to evaluate the degree of sequence similarity between the cp gene in the challenge isolate and the cp transgene in transgenic papayas resistant to PRSV. The production of a hybrid virus containing the genome backbone of PRSV HA up to the Apa I site in the NIb gene, and downstream from there, the sequence of PRSV TH was undertaken. This hybrid virus, PRSV HA/TH, was obtained and used to challenge 'Rainbow', 'SunUp', and an R2 population derived from line 63-1, all resistant to PRSV HA. PRSV HA/TH broke down the resistance in both papaya varieties and in the 63-1 population, demonstrating that sequence similarity is a major factor in the mechanism of resistance used by transgenic papayas expressing the cp gene. A comparative analysis of the cp gene present in line 55-1 and 63-1-derived transgenic plants and in PRSV HA, BR, and TH was also performed.

Metastatic leishmaniasis. A chronic inflammatory response to Leishmania's viral endosymbiont.

Leishmania parasites have been plaguing humankind for centuries as a range of skin diseases named the cutaneous leishmaniases (CL). Carried in a hematophagous sand fly, Leishmania usually infests the skin surrounding the bite site, causing a destructive immune response that may persist for months or even years. The various symptomatic outcomes of CL range from a benevolent self- healing reddened bump to extensive open ulcerations, resistant to treatment and resulting in life- changing disfiguration. Many of these more aggressive outcomes are geographically isolated within the habitats of certain Neotropical Leishmania species; where about 15% of cases experience metastatic complications. However, despite this correlation, genetic analysis has revealed no major differences between species causing the various disease forms. We have recently identified a cytoplasmic dsRNA virus within metastatic L. guyanensis parasites that acts as a potent innate immunogen capable of worsening lesionai inflammation and prolonging parasite survival. The dsRNA genome of Leishmania RNA virus (LRV) binds and stimulates Toll-Like-Receptor-3 (TLR3), inducing this destructive inflammation, which we speculate as a factor contributing to the development of metastatic disease. This thesis establishes the first experimental model of LRV-mediated leishmanial metastasis and investigates the role of non-TLR3 viral recognition pathways in LRV-mediated pathology. Viral dsRNA can be detected by various non-TLR3 pattern recognition receptors (PRR); two such PRR groups are the RLRs (Retinoic acid-inducible gene 1 like receptors) and the NLRs (nucleotide- binding domain, leucine-rich repeat containing receptors). The RLRs are designed to detect viral dsRNA in the cytoplasm, while the NLRs react to molecular "danger" signals of cell damage, often oligomerizing into molecular scaffolds called "inflammasomes" that activate a potent inflammatory cascade. Interestingly, we found that neither RLR signalling nor the inflammasome pathway had an effect on LRV-mediated pathology. In contrast, we found a dramatic inflammasome independent effect for the NLR family member, NLRP10, where a knockout mouse model showed little evidence of disease. This phenotype was mimicked in an NLR knockout with which NLRP10 is known to interact: NLRC2. As this pathway induces the chronic inflammatory cell lineage TH17, we investigated the role of its key chronic inflammatory cytokine, IL-17A, in human patients infected by L. guyanensis. Indeed, patients infected with LRV+ parasites had a significantly increased level of IL-17A in lesionai biopsies. Interestingly, LRV presence was also associated with a significant decrease in the correlate of protection, IFN-y. This association was repeated in our murine model, where after we were able to establish the first experimental model of LRV-dependent leishmanial metastasis, which was mediated by IL-17A in the absence of IFN-y. Finally, we tested a new inhibitor of IL-17A secretion, SR1001, and reveal its potential as a Prophylactic immunomodulator and potent parasitotoxic drug. Taken together, these findings provide a basis for anti-IL-17A as a feasible therapeutic intervention to prevent and treat the metastatic complications of cutaneous leishmaniasis. -- Les parasites Leishmania infectent l'homme depuis des siècles causant des affections cutanées, appelées leishmanioses cutanées (LC). Le parasite est transmis par la mouche des sables et réside dans le derme à l'endroit de la piqûre. Au niveau de la peau, le parasite provoque une réponse immunitaire destructrice qui peut persister pendant des mois voire des années. Les symptômes de LC vont d'une simple enflure qui guérit spontanément jusqu' à de vastes ulcérations ouvertes, résistantes aux traitements. Des manifestations plus agressives sont déterminées par les habitats géographiques de certaines espèces de Leishmania. Dans ces cas, environ 15% des patients développent des lésions métastatiques. Aucun «facteur métastatique» n'a encore été trouvé à ce jour dans ces espèces. Récemment, nous avons pu identifier un virus résidant dans certains parasites métastatiques présents en Guyane française (appelé Leishmania-virus, ou LV) et qui confère un avantage de survie à son hôte parasitaire. Ce virus active fortement la réponse inflammatoire, aggravant l'inflammation et prolongeant l'infection parasitaire. Afin de diagnostiquer, prévenir et traiter ces lésions, nous nous sommes intéressés à identifier les composants de la voie de signalisation anti-virale, responsables de la persistance de cette inflammation. Cette étude décrit le premier modèle expérimental de métastases de la leishmaniose induites par LV, et identifie plusieurs composants de la voie inflammatoire anti-virale qui facilite la pathologie métastatique. Contrairement à l'homme, les souris de laboratoire infectées par des Leishmania métastatiques (contenant LV, LV+) ne développent pas de lésions métastatiques et guérissent après quelques semaines d'infection. Après avoir analysé un groupe de patients atteints de leishmaniose en Guyane française, nous avons constaté que les personnes infectées avec les parasites métastatiques LV+ avaient des niveaux significativement plus faibles d'un composant immunitaire protecteur important, appelé l'interféron (IFN)-y. En utilisant des souris génétiquement modifiées, incapables de produire de l'IFN-y, nous avons observé de telles métastases. Après inoculation dans le coussinet plantaire de souris IFN-y7" avec des parasites LV+ ou LV-, nous avons démontré que seules les souris infectées avec des leishmanies ayant LV développent de multiples lésions secondaires sur la queue. Comme nous l'avons observé chez l'homme, ces souris sécrètent une quantité significativement élevée d'un composant inflammatoire destructeur, l'interleukine (IL)-17. IL-17 a été incriminée pour son rôle dans de nombreuses maladies inflammatoires chroniques. On a ainsi trouvé un rôle destructif similaire pour l'IL-17 dans la leishmaniose métastatique. Nous avons confirmé ce rôle en abrogeant IL-17 dans des souris IFN-y7- ce qui ralentit l'apparition des métastases. Nous pouvons donc conclure que les métastases de la leishmaniose sont induites par l'IL-17 en absence d'IFN-v. En analysant plus en détails les voies de signalisation anti-virale induites par LV, nous avons pu exclure d'autres voies d'activation de la réponse inflammatoire. Nous avons ainsi démontré que la signalisation par LV est indépendante de la signalisation inflammatoire de type « inflammasome ». En revanche, nous avons pu y lier plusieurs autres molécules, telles que NLRP10 et NLRC2, connues pour leur synergie avec les réponses inflammatoires. Cette nouvelle voie pourrait être la cible pour des médicaments inhibant l'inflammation. En effet, un nouveau médicament qui bloque la production d'IL-17 chez la souris s'est montré prometteur dans notre modèle : il a réduit le gonflement des lésions ainsi que la charge parasitaire, indiquant que la voie anti-virale /inflammatoire est une approche thérapeutique possible pour prévenir et traiter cette infection négligée.

Mechanical properties of viral capsids

Viruses are known to tolerate wide ranges of pH and salt conditions and to withstand internal pressures as high as 100 atmospheres. In this paper we investigate the mechanical properties of viral capsids, calling explicit attention to the inhomogeneity of the shells that is inherent to their discrete and polyhedral nature. We calculate the distribution of stress in these capsids and analyze their response to isotropic internal pressure (arising, for instance, from genome confinement and/or osmotic activity). We compare our results with appropriate generalizations of classical (i.e., continuum) elasticity theory. We also examine competing mechanisms for viral shell failure, e.g., in-plane crack formation vs radial bursting. The biological consequences of the special stabilities and stress distributions of viral capsids are also discussed.

Impact of phenotype definition on genome-wide association signals: empirical evaluation in human immunodeficiency virus type 1 infection.

Discussion on improving the power of genome-wide association studies to identify candidate variants and genes is generally centered on issues of maximizing sample size; less attention is given to the role of phenotype definition and ascertainment. The authors used genome-wide data from patients infected with human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) to assess whether differences in type of population (622 seroconverters vs. 636 seroprevalent subjects) or the number of measurements available for defining the phenotype resulted in differences in the effect sizes of associations between single nucleotide polymorphisms and the phenotype, HIV-1 viral load at set point. The effect estimate for the top 100 single nucleotide polymorphisms was 0.092 (95% confidence interval: 0.074, 0.110) log(10) viral load (log(10) copies of HIV-1 per mL of blood) greater in seroconverters than in seroprevalent subjects. The difference was even larger when the authors focused on chromosome 6 variants (0.153 log(10) viral load) or on variants that achieved genome-wide significance (0.232 log(10) viral load). The estimates of the genetic effects tended to be slightly larger when more viral load measurements were available, particularly among seroconverters and for variants that achieved genome-wide significance. Differences in phenotype definition and ascertainment may affect the estimated magnitude of genetic effects and should be considered in optimizing power for discovering new associations.

Genomic determinants of the efficiency of internal ribosomal entry sites of viral and cellular origin

Variation in cellular gene expression levels has been shown to be inherited. Expression is controlled at transcriptional and post-transcriptional levels. Internal ribosome entry sites (IRES) are used by viruses to bypass inhibition of cap-dependent translation, and by eukaryotic cells to control translation under conditions when protein synthesis is inhibited. We aimed at identifying genomic determinants of variability in IRES-mediated translation of viral [Encephalomyocarditis virus (EMCV)] and cellular IRES [X-linked inhibitor-of-apoptosis (XIAP) and c-myc]. Bicistronic lentiviral constructs expressing two fluorescent reporters were used to transduce laboratory and B lymphoblastoid cell lines [15 CEPH pedigrees (n = 205) and 50 unrelated individuals]. IRES efficiency varied according to cell type and among individuals. Control of IRES activity has a significant genetic component (h(2) of 0.47 and 0.36 for EMCV and XIAP, respectively). Quantitative linkage analysis identified a suggestive locus (LOD 2.35) on chromosome 18q21.2, and genome-wide association analysis revealed of a cluster of SNPs on chromosome 3, intronic to the FHIT gene, marginally associated (P = 5.9E-7) with XIAP IRES function. This study illustrates the in vitro generation of intermediate phenotypes by using cell lines for the evaluation of genetic determinants of control of elements such as IRES.

Immunology of viral disease, how to curb persistent infection

1. 1. Summaries 1.1. Preamble and extended abstract The present thesis dissertation addresses the question of antiviral immunity from the particular standpoint of the adaptive T cell-mediated immune response. The experimental work is presented in the form of three published articles (two experimental articles and one review article, see sections 4.1, 4.2 and 4.3 on pages 73, 81 and 91, respectively), describing advances both in our understanding of viral control by CD8 T lymphocytes, and in vaccine development against the Human Immunodeficiency Virus Type 1 (HIV-1). Because the articles focus on rather specialized areas of antiviral immunity, the article sections are preceded by a general introduction (section 3) on the immune system in general, and on four viruses that were addressed in the experimental work, namely HIV-1, Cytomegalovirus (CMV), Epstein Barr Virus (EBV) and Influenzavirus (Flu). This introduction section is aimed at providing a glimpse on viral molecular biology and immunity, to help the hypothetical non-expert reader proceeding into the experimental part. For this reason, each section is presented as individual entity and can be consulted separately. The four viruses described are of peculiar relevance to immunity because they induce an array of opposite host responses. Flu causes a self limiting disease after which the virus is eradicated. CMV and EBV cause pauci-symptomatic or asymptomatic diseases after which the viruses establish lifelong latency in the host cells, but are kept in check by immunity. Eventually, HIV-1 establishes both latency - by inserting its genome into the host cell chromosome - and proceeds in destroying the immune system in a poorly controlled fashion. Hence, understanding the fundamental differences between these kinds of viral host interactions might help develop new strategies to curb progressive diseases caused by viruses such as HIV-1. Publication #1: The first article (section 4.1, page 73) represents the main frame of my laboratory work. It analyses the ability of CD8 T lymphocytes recovered from viral-infected patients to secrete interferon γ (IFN-γ) alone or in conjunction with interleukin 2 (IL-2) when exposed in vitro to their cognate viral antigens. CD8 T cells are instrumental in controlling viral infection. They can identify infected cells by detecting viral antigens presented at the surface of the infected cells, and eliminate both the cell and its infecting virus by triggering apoptosis and/or lysis of the infected cell. Recognition of these antigens triggers the cognate CD8 cells to produce cytokines, including IFN-γ and IL-2, which in turn attract and activate other pro-inflammatory cells. IFN-γ triggers both intrinsic antiviral activity of the infected cells and distant activation of pro-inflammatory cells, which are important for the eradication of infection. IL-2 is essential for clonal expansion of the antigen (Ag)-specific CD8 T cell. Hence the existence of Ag-specific CD8 cells secreting both IFN-γand IL-2 should be beneficial for controlling infection. In this first work we determined the percentage of IFN-y/IL-2 double positive and single IFN-γsecreting CD8 T cells against antigens HIV-1, CMV, EBV and Flu in three groups of subjects: (i) HIV-1 infected patients progressing to disease (progressors), (ii) HIV-1-infected subjects not progressing to disease (long-term non progressors or LTNP), and (iii) HIV negative blood donors. The results disclosed a specific IFN-y/IL-2 double positive CD8 response in all subjects able to control infection. In other words, IFN-y/IL-2 double positive CD8 cells were present in virus-specific CD8 T cells against Flu, CMV and EBV as well against HIV-1 in LTNP. In contrast, progressors only had single IFN-γsecreting CD8 T cells. Hence, the ability to develop an IFN-y/IL-2 double positive response might be critical to control infection, independently of the nature of the virus. Additional experiments helped identify the developmental stage of the missing cells (using different markers such as CD45RA and CCR7) and showed a correlation between the absence of IL-2 secreting CD8 T cells and a failure in the proliferation capacity of virus-specific CD8 T cells. Addition of exogenous IL-2 could restore clonal expansion of HIV-1 specific CD8 T cells, at least in vitro. It could further been shown, that IL-2 secreting CD8 T cells are sufficient to support proliferation even in absence of CD4 help. However, the reason for the missing IFN-y/IL-2 double positive CD8 T cell response in HIV-1 progessors has yet to be determined. Publication #2: The second article (section 4.2, page 81) explores new strategies to trigger CD8 T cell immunity against specific HIV-1 proteins believed to be processed and exposed as "infection signal" at the surface of infected cells. Such signals consist of peptide fragments (8- 13 amino acids) originating from viral proteins and presented to CD8 T cells in the frame of particular cell surface molecules of the major histocompatibility complex class I* (MHC I). To mimic "natural" viral infection, the HIV-1 polyprotein Gagpolnef was inserted and expressed in either of two attenuated viruses i.e. vaccinia virus (MVA) or poxvirus (NYVAC). Mice were infected with these recombinant viruses and specific CD8 T cell response to Gagpolnef peptides was sought. Mice could indeed mount a CD8 T cell response against the HIV-1 antigens, indicating that the system worked, at least in this animal model. To further test whether peptides from Gagpolnef could also be presented in the frame of the human MHC class I proteins, a second round of experiments was performed in "humanized" transgenic mice expressing human MHC molecules. The transgenic mice were also able to load Gagpolnef peptides on their human MHC molecule, and these cells could be detected and destroyed by Ag-specific CD8 T cells isolated from HIV-1-infected patients. Therefore, expressing Gagpolnef on attenuated recombinant viruses might represent a valid strategy for anti-HIV-1 immunization in human. Publication #3: This is a review paper (section 4.3, page 91) describing the immune response to CMV and newly developed methods to detect this cellular immune response. Some of it focuses on the detection of T cells by using in vitro manufactured tetramers. These consist of four MHC class I molecules linked together and loaded with the appropriate antigenic peptide. The tetramer can be labeled with a fluorochrome and analyzed with a fluorescence-activated cell sorter. Taken together, the work presented indicates that (i) an appropriate CD8 T cell response consisting of IFN-y/IL-2 double positive effectors, can potentially control viral infection, including HIV-1 infection, (ii) such a response might be triggered by recombinant viral vaccines, and (iii) CD8 T cell response can be monitored by a variety of techniques, including recently-developed MHC class I tetramers. 1. 2. Préambule et résumé élargi Le présent travail de thèse s'intéresse à l'immunité antivirale du point de vue particulier de la réponse adaptative des cellules T. Le travail expérimental est présenté sous la forme de trois articles publiés (2 articles expérimentaux et 1 article de revue, voir sections 4.1, 4.2 et 4.3, pages 58, 66 et 77, respectivement), décrivant des progrès dans la compréhension du contrôle de l'infection virale par les lymphocytes T CD8, ainsi que dans le développement de nouveaux vaccins contre le Virus d'Immunodéficience de Humaine de type 1 (VIH-1). En raison du caractère spécialisé de l'immunité antivirale de type cellulaire, les articles sont précédés par une introduction générale (section 3), dont le but est de pourvoir le lecteur non avisé avec des bases nécessaire à une meilleure appréhension du travail expérimental. Cette introduction présente les grandes lignes du système immunitaire, et décrit de façon générale les 4 virus utilisés dans le travail expérimental: à savoir le virus VIH-1, le Cytomégalovirus (CMV), le virus Epstein Barr (EBV) et le virus Influenza A (Flu). Toutes les sections sont présentées de façon individuelle et peuvent être consultées séparément. La description des 4 virus a une pertinence particulière quant à leur interaction avec le système immun. En effet, ils induisent une panoplie de réponses immunitaires s'étendant aux extrêmes de la réaction de l'hôte. Influenza A est à l'origine d'une maladie cytopathique aiguë, au décours de laquelle le virus est éradiqué par l'hôte. CMV et EBV sont classiquement à l'origine d'infections pauci-symptomatiques, voire asymptomatiques, après lesquelles les virus persistent de façon latente dans la cellule hôte. Cependant, ils restent sous le contrôle du système immun, qui peut prévenir une éventuelle réactivation. Enfin, VIH-1 s'établit à la fois en infection latente - par l'insertion de son génome dans le chromosome des cellules hôtes - et en infection productive et cytopathique, échappant au contrôle immunitaire et détruisant ses cellules cibles. La compréhension des différences fondamentales entre ces différents types d'interactions virus-hôte devraient faciliter le développement de nouvelles stratégies antivirales. Article 1: Le premier article (section 4.1 Page 58) représente l'objet principal de mon travail de laboratoire. Il analyse la capacité des lymphocytes T CD8 spécifiques de différent virus à sécréter de l'interféron gamma (IFN-y) et/ou de l'interleukine 2 (IL-2) après stimulation par leur antigène spécifique. Les cellules T CD8 jouent un rôle crucial dans le contrôle des infections virales. Elles identifient les cellules infectées en détectant des antigènes viraux présentés à la surface de ces mêmes cellules, et éliminent à la fois les cellules infectées et les virus qu'elles contiennent en induisant l'apoptose et/ou la lyse des cellules cibles. Parallèlement, l'identification de l'antigène par la cellule T CD8 la stimule à sécréter des cytokines. L'IFN-γen est un exemple. L'IFN-γ stimule les cellules infectées à développer une activé antivirale intrinsèque. De plus, il attire sur place d'autres cellules de l'inflammation, et active leur fonction d'éradication des pathogènes. L'IL-2 est un autre exemple. L'IL-2 est essentielle à l'expansion clonale des cellules T CD8 spécifiques à un virus donné. Elle est donc essentielle à augmenter le pool de lymphocytes antiviraux. En conséquence, la double capacité de sécréter de l'IFN-γ et de IL-2 pourrait être un avantage pour le contrôle antiviral par les cellules T CD8. Dans ce travail nous avons comparé les proportions de lymphocytes T CD8 doubles positifs (IFN-γ/IL-2) et simples positifs (IFN-γ) chez trois groupes de sujets: (i) des patients infectés par VIH-1 qui ne contrôlent pas l'infection (progresseurs), (ii) des patients infectés par VIH-1, mais contrôlant l'infection malgré l'absence de traitement ("long term non progressors" [LTNP]) et (iii) des donneurs de sang négatifs pour l'infection à VIH-1. Les résultats ont montré que les individus capables de contrôler une infection possédaient des cellules T CD8 doubles positifs (IFN-γ/IL-2), alors que les patients ne contrôlant pas l'infection procédaient prioritairement des CD8 simples positifs (IFN-γ). Spécifiquement, les lymphocytes T spécifiques pour Flu, CMV, EBV, et VII-1-1 chez les LTNP étaient tous IFN-γ/IL-2 doubles positifs. Au contraire, les lymphocytes T CD8 spécifique à VIH-1 étaient IFN-γ simples positifs chez les progresseurs. La capacité de développer une réponse IFN-γ/IL-2 pourraient être primordiale pour le contrôle de l'infection, indépendamment de la nature du virus. En effet, il a été montré que l'absence de sécrétion d'IL2 par les lymphocytes T CD8 corrélait avec leur incapacité de proliférer. Dans nos mains, cette prolifération a pu être restaurée in vitro par l'adjonction exogène d'IL-2. Toutefois, la faisabilité de ce type de complémentation in vivo n'est pas claire. Des expériences additionnelles ont permis de préciser de stade de développement des lymphocytes doubles positifs et simples positifs par le biais des marqueurs CD45RA et CCR7. Il reste maintenant à comprendre pourquoi certains lymphocytes T CD8 spécifiques sont incapables à sécréter de l'IL-2. Article 2: Le deuxième article explore des nouvelles stratégies pour induire une immunité T CD8 spécifique aux protéines du VIH-1, qui sont édités et exposés à la surface des cellules infectées. Ces signaux consistent en fragments de peptide de 8-13 acide aminés provenant de protéines virales, et exposées à la surface des cellules infectées dans le cadre des molécules spécialisées d'histocompatibilité de classe I (en anglais "major histocompatibility class I" ou MHC I). Pour mimer une infection virale, la polyprotéine Gagpolnef du VIH-1 a été insérée et exprimée dans deux vecteurs viraux atténués, soit MVA (provenant de vaccinia virus) ou NYVAC (provenant d'un poxvirus). Ensuite des souris ont été infectées avec ces virus recombinants et la réponse T CD8 aux peptides issus de Gagpolnef a été étudiée. Les souris ont été capables de développer une réponse de type CD8 T contre ces antigènes du VIH-1. Pour tester si ces antigènes pouvaient aussi être présentés par dans le cadre de molécules MHC humaines, des expériences supplémentaires ont été faites avec des souris exprimant un MHC humain. Les résultats de ces manipulations ont montré que des cellules T CD8 spécifique aux protéines du VIH pouvaient être détectées. Ce travail ouvre de nouvelles options quant à l'utilisation des virus recombinants exprimant Gagpolnef comme stratégie vaccinale contre le virus VIH-I chez l'homme. Article 3: Ces revues décrivent la réponse immunitaire à CMV ainsi que des nouvelles méthodes pouvant servir à sa détection. Une partie du manuscrit décrit la détection de cellule T à l'aide de tétramères. Il s'agit de protéines chimériques composées de 4 quatre molécules MHC liées entre elles. Elles sont ensuite "chargées" avec le peptide antigénique approprié, et utilisée pour détecter les cellules T CD8 spécifiques à ce montage. Elles sont aussi marquées par un fluorochrome, qui permet une analyse avec un cytomètre de flux, et l'isolement ultime des CD8 d'intérêt. En résumé, le travail présenté dans cette thèse indique que (i) une réponse T CD8 appropriée - définie par la présence des cellules effectrices doublement positives pour l'IFN-γ et l'IL-2 - semble indispensable pour le contrôle des infections virales, y compris par le VIH-1, (ii) une telle réponse peut être induite par des vaccin viral recombinant, et (iii) la réponse T CD8 peut être analysée et suivie grâce à plusieurs techniques, incluant celle des tétramères de MHC class I. 1.3. Résumé pour un large public Le système immunitaire humain est composé de différents éléments (cellules, tissus et organes) qui participent aux défenses de l'organisme contre les pathogènes (bactéries, virus). Parmi ces cellules, les lymphocytes T CD8, également appelés cellules tueuses, jouent un rôle important dans la réponse immunitaire et le contrôle des infections virales. Les cellules T CD8 reconnaissent de manière spécifique des fragments de protéines virales qui sont exposés à la surface des cellules infectées par le virus. Suite à cette reconnaissance, les cellules T CD8 sont capables de détruire et d'éliminer ces cellules infectées, ainsi que les virus qu'elles contiennent. Dans le contexte d'une infection par le virus de l'immunodéficience humaine (VIH), le virus responsable du SIDA, il a pu être montré que la présence des cellules T CD8 est primordiale. En effet, en l'absence de ces cellules, les individus infectés par le VIH progressent plus rapidement vers le SIDA. Au cours de la vie, l'Homme est exposé à plusieurs virus. Mais à l'opposé du VIH, certains d'entre eux ne causent pas des maladies graves : par exemple le virus de la grippe (Influenza), le cytomégalovirus ou encore le virus d'Epstein-Barr. Certains de ces virus peuvent être contrôlés et éliminés de l'organisme (p. ex. le virus de la grippe), alors que d'autres ne sont que contrôlés par notre système immunitaire et restent présents en petite quantité dans le corps sans avoir d'effet sur notre santé. Le sujet de mon travail de thèse porte sur la compréhension du mécanisme de contrôle des infections virales par le système immunitaire : pourquoi certains virus peuvent être contrôlés ou même éliminés de l'organisme alors que d'autres, et notamment le VIH, ne le sont pas. Ce travail a permis de démontrer que les cellules T CD8 spécifiques du VIH ne sécrètent pas les mêmes substances, nécessaires au développement d'une réponse antivirale efficace, que les cellules T CD8 spécifiques des virus contrôlés (le virus de la grippe, le cytomégalovirus et le virus d'Epstein-Barr). Parallèlement nous avons également observé que les lymphocytes T CD8 spécifiques du VIH ne possèdent pas la capacité de se diviser. Ils sont ainsi incapables d'être présents en quantité suffisante pour assurer un combat efficace contre le virus du SIDA. La (les) différence(s) entre les cellules T CD8 spécifiques aux virus contrôlés (grippe, cytomégalovirus et Epstein-Barr) et au VIH pourront peut-être nous amener à comprendre comment restaurer une immunité efficace contre ce dernier.

Novel Genome-Editing Tools to Model and Correct Primary Immunodeficiencies.

Severe combined immunodeficiency (SCID) and other severe non-SCID primary immunodeficiencies (non-SCID PID) can be treated by allogeneic hematopoietic stem cell (HSC) transplantation, but when histocompatibility leukocyte antigen-matched donors are lacking, this can be a high-risk procedure. Correcting the patient's own HSCs with gene therapy offers an attractive alternative. Gene therapies currently being used in clinical settings insert a functional copy of the entire gene by means of a viral vector. With this treatment, severe complications may result due to integration within oncogenes. A promising alternative is the use of endonucleases such as ZFNs, TALENs, and CRISPR/Cas9 to introduce a double-stranded break in the DNA and thus induce homology-directed repair. With these genome-editing tools a correct copy can be inserted in a precisely targeted "safe harbor." They can also be used to correct pathogenic mutations in situ and to develop cellular or animal models needed to study the pathogenic effects of specific genetic defects found in immunodeficient patients. This review discusses the advantages and disadvantages of these endonucleases in gene correction and modeling with an emphasis on CRISPR/Cas9, which offers the most promise due to its efficacy and versatility.

The structure of human tRNALys3 anticodon bound to HIV genome is stabilized by modified nucleosides and adjacent mismatch base pairs

Replication of human immunodeficiency virus (HIV) requires base pairing of the reverse transcriptase primer, human tRNA(Lys3), to the viral RNA. Although the major complementary base pairing occurs between the HIV primer binding sequence (PBS) and the tRNA's 3'-terminus, an important discriminatory, secondary contact occurs between the viral A-rich Loop I, 5'-adjacent to the PBS, and the modified, U-rich anticodon domain of tRNA(Lys3). The importance of individual and combined anticodon modifications to the tRNA/HIV-1 Loop I RNA's interaction was determined. The thermal stabilities of variously modified tRNA anticodon region sequences bound to the Loop I of viral sub(sero)types G and B were analyzed and the structure of one duplex containing two modified nucleosides was determined using NMR spectroscopy and restrained molecular dynamics. The modifications 2-thiouridine, s(2)U(34), and pseudouridine, Psi(39), appreciably stabilized the interaction of the anticodon region with the viral subtype G and B RNAs. The structure of the duplex results in two coaxially stacked A-form RNA stems separated by two mismatched base pairs, U(162)*Psi(39) and G(163)*A(38), that maintained a reasonable A-form helix diameter. The tRNA's s(2)U(34) stabilized the interaction between the A-rich HIV Loop I sequence and the U-rich anticodon, whereas the tRNA's Psi(39) stabilized the adjacent mismatched pairs.

Development of packaging cell lines for rescuing BAV2 viral vectors

The construction of adenovirus vectors for cloning and foreign gene expression requires packaging cell lines that can complement missing viral functions caused by sequence deletions and/or replacement with foreign DNA sequences. In this study, packaging cell lines were designed to provide in trans the missing bovine adenovirus functions, so that recombinant viruses could be generated. Fetal bovine kidney and lUng cells, acquired at the trimester term from a pregnant cow, were tranfected with both digested wild type BAV2 genomic DNA and pCMV-EI. The plasmid pCMV-EI was specifically constructed to express El of BAV2 under the control of the cytomegalovirus enhancer/promoter (CMV). Selection for "true" transformants by continuous passaging showed no success in isolating immortalised cells, since the cells underwent crisis resulting in complete cell death. Moreover, selection for G418 resistance, using the same cells, also did not result in the isolation of an immortalised cell line and the same culture-collapse event was observed. The lack of success in establishing an immortalised cell line from fetal tissue prompted us to transfect a pre-established cell line. We began by transfecting MDBK (Mardin-Dardy bovine kidney) cells with pCMV-El-neo, which contain the bacterial selectable marker neo gene. A series of MDBK-derived cell lines, that constitutively express bovine adenoviral (BAV) early region 1 (El), were then isolated. Cells selected for resistance to the drug G418 were isolated collectively for full characterisation to assess their suitability as packaging cell lines. Individual colonies were isolated by limiting dilution and further tested for El expression and efficiency of DNA uptake. Two cell lines, L-23 and L-24, out of 48 generated foci tested positive for £1 expression using Northern Blot analysis. DNA uptake studies, using both lipofectamine and calcium phosphate methods, were performed to compare these cells, their parental MDBK cells, 8 and the unrelated human 293 cells as a benchmark. The results revealed that the new MDBKderived clones were no more efficient than MDBK cells in the transient expression of transfected DNA and that they were inferior to 293 cells, when using lacZ as the reporter gene. In view of the inherently poor transfection efficiency of MDBK cells and their derivatives, a number of other bovine cells were investigated for their potential as packaging cells. The cell line CCL40 was chosen for its high efficiency in DNA uptake and subsequently transfected with the plasmid vector pCMV El-neo. By selection with the drug G418, two cell lines were isolated, ProCell 1 and ProCell 2. These cell lines were tested for El expression, permissivity to BAV2 and DNA uptake efficiency, revealing a DNA uptake efficiency of 37 % , comparable to that of CCL40. Attempts to rescue BAV2 mutants carrying the lacZ gene in place of £1 or £3 were carried out by co-transfecting wild type viral DNA with either the plasmid pdlElE-Z (which contains BAV2 sequences from 0% to 40.4% with the lacZ gene in place of the £1 region from 1.1% to 8.25%) or with the plasmid pdlE3-5-Z (which contains BAV2 sequences from 64.8% to 100% with the lacZ gene in place of the E3 region from 75.8% to 81.4%). These cotransfections did not result in the generation of a viral mutant. The lack of mutant generation was thought to be caused by the relative inefficiency ofDNA uptake. Consequently, cosBAV2, a cosmid vector carrying the BAV2 genome, was modified to carry the neo reporter gene in place of the £3 region from 75.8% to 81.4%. The use of a single cosmid vector earring the whole genome would eliminate the need for homologous recombination in order to generate a viral vector. Unfortunately, the transfection of cosBAV2- neo also did not result in the generation of a viral mutant. This may have been caused by the size of the £3 deletion, where excess sequences that are essential to the virus' survival might have been deleted. As an extension to this study, the spontaneous E3 deletion, accidently discovered in our viral stock, could be used as site of foreign gene insertion.

Rôle de la structure du génome viral sur la réplication du virus de l’hépatite C.

Le virus de l'hépatite C (VHC) touche 3% de la population mondiale et environ 30% des patients chroniquement infectés développeront une fibrose hépatique. Son génome est un ARN simple brin de polarité positive qui possède un cadre ouvert de lecture flanqué de deux régions non traduites hautement conservées. Différents facteurs peuvent influencer le cycle de réplication du VHC. Deux d’entre eux ont été étudiés dans cette thèse. Tout d'abord, nous nous sommes intéressés à l'effet des structures secondaires et tertiaires du génome sur la réplication du VHC. Les extrémités 5' et 3' du génome contiennent des structures ARN qui régulent la traduction et la réplication du VHC. Le 3'UTR est un élément structural très important pour la réplication virale. Cette région est constituée d’une région variable, d’une séquence poly(U/C) et d’un domaine hautement conservé appelé région X. Des études in vitro ont montré que le 3'UTR possède plusieurs structures ARN double brin. Cependant, les structures ARN telles qu'elles existent dans le 3'UTR dans un contexte de génome entier et dans des conditions biologiques étaient inconnues. Pour élucider cette question, nous avons développé une méthode in situ pour localiser les régions ARN simple brin et double brin dans le 3'UTR du génome du VHC. Comme prédit par les études antérieures, nous avons observé qu’in situ la région X du 3’UTR du génome présente des éléments ARN double brin. Étonnamment, lorsque la séquence poly (U/UC) est dans un contexte de génome entier, cette région forme une structure ARN double brin avec une séquence située en dehors du 3'UTR, suggérant une interaction ARN-ARN distale. Certaines études ont démontré que des structures ARN présentes aux extrémités 5’ et 3' du génome du VHC régulent à la fois la traduction et la réplication du VHC. Cela suggère qu'il y aurait une interaction entre les extrémités du génome qui permettrait de moduler ces deux processus. Dans ce contexte, nous avons démontré l'existence d'une interaction distale ARN-ARN, impliquant le domaine II du 5'UTR et la séquence codante de NS5B du génome du VHC. En outre, nous avons démontré que cette interaction joue un rôle dans la réplication de l'ARN viral. Parallèlement, nous avons étudié l'impact d'une molécule immuno-modulatrice sur la réplication du VHC. La fibrose hépatique est une manifestation majeure de l’infection par le VHC. Hors, il a été montré qu'une molécule immuno-modulatrice appelée thalidomide atténuait la fibrose chez les patients infectés par le VHC. Cependant, son impact sur la réplication virale était inconnu. Ainsi, nous avons étudié l'effet de cette molécule sur la réplication du VHC in vitro et nous avons démontré que la thalidomide active la réplication du virus en inhibant la voie de signalisation de NF-kB. Ces résultats soulignent l’importance de la voie de signalisation NF-kB dans le contrôle de la réplication du VHC, et sont à prendre en considération dans l’établissement d’un traitement contre la fibrose hépatique.