Plasmacytoid Dendritic Cells Are Productively Infected and Activated through TLR-7 Early after Arenavirus Infection.

The antiviral response is largely mediated by dendritic cells (DCs), including conventional (c) DCs that function as antigen-presenting cells, and plasmacytoid (p) DCs that produce type I interferons, making them an attractive target for viruses. We find that the Old World arenaviruses lymphocytic choriomeningitis virus clone 13 (LCMV Cl13) and Lassa virus bind pDCs to a greater extent than cDCs. Consistently, LCMV Cl13 targets pDCs early after in vivo infection of its natural murine host and establishes a productive and robust replication cycle. pDCs coproduce type I interferons and proinflammatory cytokines, with the former being induced in both infected and uninfected pDCs, demonstrating a dissociation from intrinsic virus replication. TLR7 globally mediates pDC responses, limits pDC viral load, and promotes rapid innate and adaptive immune cell activation. These early events likely help dictate the outcome of infections with arenaviruses and other DC-replicating viruses and shed light on potential therapeutic targets.

The characteristics of gait in Charcot-Marie-Tooth disease types I and II.

Certain typical gait characteristics such as foot-drop and foot supination are well described in Charcot-Marie-Tooth disease. These are directly related to the primary disease and due to the weakness of ankle dorsiflexors and everters characteristic of this hereditary neuropathy. We analysed 16 subjects aged 8-52 years old (11 with type I, 5 with type II Charcot-Marie-Tooth disease) using three-dimensional gait analysis and identified kinematic features previously unreported. These patients showed a combination of tight tendo achillei, foot-drop, failure of plantar flexion and increased foot supination, but also presented with excessive internal rotation of the knee and/or tibia, knee hyperextension in stance, excessive external rotation at the hips and decreased hip adduction in stance (typical of a broad based gait). These proximal features could have been an adaptation to or consequence of the disrupted ankle and foot biomechanics, however a direct relation to the neuropathy is also possible since sub-normal muscle power was observed at the proximal levels in most subjects on both manual testing and kinetic analysis. Gait analysis is a useful tool in defining the characteristic gait of patients with Charcot-Marie-Tooth disease.

Escherichia coli RuvBL268S: a mutant RuvB protein that exhibits wild-type activities in vitro but confers a UV-sensitive ruv phenotype in vivo.

The RuvABC proteins of Escherichia coli process recombination intermediates during genetic recombination and DNA repair. RuvA and RuvB promote branch migration of Holliday junctions, a process that extends heteroduplex DNA. Together with RuvC, they form a RuvABC complex capable of Holliday junction resolution. Branch migration by RuvAB is mediated by RuvB, a hexameric ring protein that acts as an ATP-driven molecular pump. To gain insight into the mechanism of branch migration, random mutations were introduced into the ruvB gene by PCR and a collection of mutant alleles were obtained. Mutation of leucine 268 to serine resulted in a severe UV-sensitive phenotype, characteristic of a ruv defect. Here, we report a biochemical analysis of the mutant protein RuvBL268S. Unexpectedly, the purified protein is fully active in vitro with regard to its ATPase, DNA binding and DNA unwinding activities. It also promotes efficient branch migration in combination with RuvA, and forms functional RuvABC-Holliday junction resolvase complexes. These results indicate that RuvB may perform some additional, and as yet undefined, function that is necessary for cell survival after UV-irradiation.

Persistent infection of arenaviruses : molecular mechanisms and pathogenesis

Arenaviruses are enveloped negative single strand RNA viruses that include a number of important human pathogens. The most prevalent human pathogen among the arenaviruses is the Old World arenavirus Lassa virus (LASV) which is endemic in West Africa from Senegal to Cameroon. LASV is the etiologic agent of a severe viral hemorrhagic fever named Lassa fever whose mortality rate can reach 30% in hospitalized patients. One of the hallmarks of fatal arenavirus infection in humans is the absence of an effective innate and adaptive immune response. In nature, arenaviruses are carried by rodents which represent the natural reservoirs as well as the vectors for transmission. In their natural rodent reservoir, arenaviruses have the ability to establish persistent infection without any overt signs and symptoms of pathology. We believe that the modulation of the host cell's innate immunity by arenaviruses is a key determinant for persistence in the natural host and for the pathogenesis in man. In this thesis, we studied the interaction of arenaviruses with two main branches of the host's innate anti-viral defense, the type I interferon (IFN) system and virus-induced mitochondrial apoptosis. The arenavirus nucleoprotein (NP) is responsible for the anti-IFN activity of arenaviruses. Specifically, NP blocks the activation and the nuclear translocation of the transcription factor interferon regulatory factor 3 (IRF3) which leads to type I IFN production. LASV and the prototypic arenavirus lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) NPs contain a 3'-5'exoribonuclease domain in the C terminal part that has been linked to the anti-IFN activity of NP. In the first project, we sought to identify cellular component(s) of the type I IFN induction pathway targeted by the viral NP. Our study revealed that LCMV NP prevents the activation of IRF3 by blocking phosphorylation of the transcription factor. We found that LCMV NP specifically targets the IRF-activating kinase IKKs, and this specific binding is conserved within the Arenaviridae. We could also demonstrate that LCMV NP associates with the kinase domain of IKKs involving NP's C-terminal region. Lastly, we showed that the binding of LCMV NP inhibits the kinase activity of IKKs. This study allowed the discovery of a new cellular interacting partner of arenavirus NP. This newly described association may play a role in the anti-IFN activity of arenaviruses but potentially also in other aspects of arenavirus infection. For the second project, we investigated the ability of arenaviruses to avoid and/or suppress mitochondrial apoptosis. As persistent viruses, arenaviruses evolved a "hit and stay" survival strategy where the apoptosis of the host cell would be deleterious. We found that LCMV does not induce mitochondrial apoptosis at any time during infection. Specifically, no caspase activity, no cytochrome c release from the mitochondria as well as no cleavage of poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) were detected during LCMV infection. Interestingly, we found that virus-induced mitochondrial apoptosis remains fully functional in LCMV infected cells, while the induction of type IIFN is blocked. Since both type IIFN production and virus- induced mitochondrial apoptosis critically depend on the pattern recognition receptor (PRR) RIG-I, we examined the role of RIG-I in apoptosis in LCMV infected cells. Notably, virus- induced mitochondrial apoptosis in LCMV infected cells was found to be independent of RIG- I and MDA5, but still depended on MAVS. Our study uncovered a novel mechanism by which arenaviruses alter the host cell's pro-apoptotic signaling pathway. This might represent a strategy arenaviruses developed to maintain this branch of the innate anti-viral defense in absence of type I IFN response. Taken together, these results allow a better understanding of the interaction of arenaviruses with the host cell's innate immunity, contributing to our knowledge about pathogenic properties of these important viruses. A better comprehension of arenavirus virulence may open new avenues for vaccine development and may suggest new antiviral targets for therapeutic intervention against arenavirus infections. - Les arenavirus sont des virus enveloppés à ARN simple brin qui comportent un grand nombre de pathogènes humains. Le pathogène humain le plus important parmi les arenavirus est le virus de Lassa qui est endémique en Afrique de l'Ouest, du Sénégal au Cameroun. Le virus de Lassa est l'agent étiologique d'une fièvre hémorragique sévère appelée fièvre de Lassa, et dont le taux de mortalité peut atteindre 30% chez les patients hospitalisés. L'une des caractéristiques principales des infections fatales à arenavirus chez l'Homme est l'absence de réponse immunitaire innée et adaptative. Dans la nature, les arenavirus sont hébergés par différentes espèces de rongeur, qui représentent à la fois les réservoirs naturels et les vecteurs de transmission des arenavirus. Dans leur hôte naturel, les arenavirus ont la capacité d'établir une infection persistante sans symptôme manifeste d'une quelconque pathologie. Nous pensons que la modulation de système immunitaire inné de la cellule hôte par les arenavirus est un paramètre clé pour la persistance au sein de l'hôte naturel, ainsi que pour la pathogenèse chez l'Homme. L'objectif de cette thèse était d'étudier l'interaction des arenavirus avec deux branches essentielles de la défense antivirale innée de la cellule hôte, le système interféron (IFN) de type I et l'apoptose. La nucléoprotéine virale (NP) est responsable de l'activité anti-IFN des arenavirus. Plus spécifiquement, la NP bloque 1'activation et la translocation nucléaire du facteur de transcription IRF3 qui conduit à la production des IFNs de type I. La NP du virus de Lassa et celle du virus de la chorioméningite lymphocytaire (LCMV), l'arénavirus prototypique, possèdent dans leur extrémité C-terminale un domaine 3'-5' exoribonucléase qui a été associé à l'activité anti-IFN de ces protéines. Dans un premier projet, nous avons cherché à identifier des composants cellulaires de la cascade de signalisation induisant la production d'IFNs de type I qui pourraient être ciblés par la NP virale. Nos recherches ont révélé que la NP de LCMV empêche 1'activation d'IRF3 en bloquant la phosphorylation du facteur de transcription. Nous avons découvert que la NP de LCMV cible spécifiquement la kinase IKKe, et que cette interaction spécifique est conservée à travers la famille des Arenaviridae. Notre étude a aussi permis de démontrer que la NP de LCMV interagit avec le domaine kinase d'IKKe et que l'extrémité C-terminale de la NP est impliquée. Pour finir, nous avons pu établir que l'association avec la NP de LCMV inhibe l'activité kinase d'IKKe. Cette première étude présente la découverte d'un nouveau facteur cellulaire d'interaction avec la NP des arenavirus. Cette association pourrait jouer un rôle dans l'activité anti-IFN des arénavirus, mais aussi potentiellement dans d'autres aspects des infections à arénavirus. Pour le second projet, nous nous sommes intéressés à la capacité des arénavirus à éviter et/ou supprimer l'apoptose mitochondriale. En tant que virus persistants, les arénavirus ont évolué vers une stratégie de survie "hit and stay" pour laquelle l'apoptose de la cellule hôte serait néfaste. Nous avons observé qu'à aucun moment durant l'infection LCMV n'induit l'apoptose mitochondriale. Spécifiquement, aucune activité de caspase, aucune libération mitochondriale de cytochrome c ainsi qu'aucun clivage de la polymerase poly(ADP-ribose) (PARP) n'a été détecté pendant l'infection à LCMV. Il est intéressant de noter que l'apoptose mitochondriale induite par les virus reste parfaitement fonctionnelle dans les cellules infectées par LCMV, alors que l'induction de la réponse IFN de type I est bloquée dans les mêmes cellules. La production des IFNs de type I et l'apoptose mitochondriale induite par les virus dépendent toutes deux du récepteur de reconnaissance de motifs moléculaires RIG-I. Nous avons, par conséquent, investigué le rôle de RIG-I dans l'apoptose qui a lieu dans les cellules infectées par LCMV lorsqu'on les surinfecte avec un autre virus pro-apoptotique. En particulier, l'apoptose mitochondriale induite par les surinfections s'est révélée indépendante de RIG-I et MDA5, mais dépendante de MAVS dans les cellules précédemment infectées par LCMV. Notre étude démontre ainsi l'existence d'un nouveau mécanisme par lequel les arénavirus altèrent la cascade de signalisation pro-apoptotique de la cellule hôte. Il est possible que les arénavirus aient développé une stratégie permettant de maintenir fonctionnelle cette branche de la défense antivirale innée en l'absence de réponse IFN de type I. En conclusion, ces résultats nous amènent à mieux comprendre l'interaction des arénavirus avec l'immunité innée de la cellule hôte, ce qui contribue aussi à améliorer notre connaissance des propriétés pathogéniques de ces virus. Une meilleure compréhension des facteurs de virulence des arénavirus permet, d'une part, le développement de vaccins et peut, d'autre part, servir de base pour la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques utilisées dans le traitement des infections à arénavirus.

Characterization of cytoplasmic antiviral signaling pathways

Summary Multicellular organisms have evolved the immune system to protect from pathogen such as viruses, bacteria, fungi or parasites. Detection of invading pathogens by the host innate immune system is crucial for mounting protective responses and depends on the recognition of microbial components by specific receptors. The results presented in this manuscript focus on the signaling pathways involved in the detection of viral infection by the sensing of viral nucleic acids. First, we describe a new regulatory mechanism controlling RNA-sensing antiviral pathways. Our results indicate that TRIF and Cardif, the crucial adaptor proteins for endosomal and cytoplasmic RNA detection signaling pathway, are processed and inactivated by caspases. The second aspect investigated here involves a signaling pathway triggered upon cytosolic DNA sensing. The interferon inducible protein DAI was recently described as a DNA sensor able to induce the activation of IRFs and NF-κΒ transcription factors leading to type I interferon production. Here we identify two RIP homotypic interaction motifs (RHIMs) in DAI and demonstrate that they mediate the recruitment of RIP1 and RIP3 and the subsequent NF-κΒ activation. Moreover, we observed that the mouse cytomegalovirus RHIM- containing protein M45 has the potential to block this signaling cascade by interfering with the formation of the DAI-RIP1/3 signaling complex. Finally, we report the generation and the initial characterization of NLRX1-deficient mice. NLRX1 is a member of the NOD-like receptor family localized to the mitochondria. The function of NLRX1 is still controversial: one study proposed that NLRX1 acts as an inhibitor of the RIG-like receptor (RLR) antiviral pathway by binding the adaptor protein Cardif, whereas another report implicated NLRX1 in the generation of reactive oxygen species (ROS) and the amplification of NF-κΒ and JNK triggered by TNF-α, poly(I:C) or Shigella infection. Collectively, our results indicate that NLRX1-deficiency does not affect RLR signaling nor TNF-α induced responses. Proteomics analysis identified UQCRC2, a subunit of the complex III of the mitochondrial respiratory chain, as a NLRX1 binding partner. This observation might reveal a possible functional link between NLRX1 and mitochondrial respiration and/or ROS generation. Résumé Au cours de l'évolution, les organismes multicellulaires ont développé le système immunitaire afin de se protéger contre les pathogènes. Une étape cruciale pour le déclenchement des réponses protectrices est la reconnaissance par les cellules du système immunitaire de molécules propres aux microbes grâce à des récepteurs spécifiques. Les résultats présentés dans cette thèse décrivent des nouveaux aspects concernant les voies de signalisation impliquées dans la détection des virus. Le premier projet décrit un mécanisme de régulation des voies activées par la détection d'ARN virale. Nos résultats montrent que TRIF et Cardif, des protéines adaptatrices des voies déclenchées par la reconnaissance de ces acides nucléiques au niveau des endosomes et du cytoplasme, sont clivés et inactivés par les caspases. Le projet suivant de notre recherche concerne une voie de signalisation activée par la détection d'ADN au niveau du cytoplasme. La protéine DAI a été récemment décrite comme un senseur pour cet ADN capable d'activer les facteurs de transcription IRF et NF-κΒ et d'induire ainsi la production des interférons de type I. Ici on démontre que DAI interagit avec RIP1 et RIP3 par le biais de domaines appelés RHIM et que ce complexe est responsable de l'activation de NF-κΒ. On a aussi identifié une protéine du cytomégalovirus de la souris, M45, qui contient ce même domaine et on a pu démontrer qu'elle a la capacité d'interférer avec la formation du complexe entre DAI et RIP1/RIP3 bloquant ainsi l'activation de NF-κΒ. Enfin on décrit ici la génération de souris déficientes pour le gène qui code pour la protéine NLRX1. Cette protéine fait partie de la famille des récepteurs NOD et est localisée dans la mitochondrie. Une étude a suggéré que NLRX1 agit comme un inhibiteur des voies antivirales activées par les récepteurs du type RIG-I (RLR) en interagissant avec la protéine adaptatrice Cardif. Une autre étude propose par contre que NLRX1 participe à la production des dérivés réactifs de l'oxygène et contribue ainsi à augmenter l'activation de NF- κΒ et JNK induite par le TNF-α ou le poly(I:C). Nos résultats montrent que l'absence de NLRX1 ne modifie ni la voie de signalisation RLR ni les réponses induites par le TNF-α. Des analyses ultérieures ont permis d'identifier comme partenaire d'interaction de NLRX1 la protéine UQCRC2, une des sous-unités qui composent le complexe III de la chaîne respiratoire mitochondriale. Cette observation pourrait indiquer un lien fonctionnel entre NLRX1 et la respiration mitochondriale ou la production des dérivés réactifs de l'oxygène au niveau de cette organelle.

A Study of Curing Methods and Type II Cements on the Durability of Concrete, R-11-Z(1), 1969

A program of A (90 day moist room), B (14 day moist room) and C (7 day moist room and 7 day 50%_humidity) type curing for the R-11-Z program of durability of concrete using the automatic freeze and thaw machine (ASTM C-291) has been used in the Materials Department of the Iowa State Highway Commission since December 6, 1966. A summary of the results obtained from then until March 25, 1968, indicates that the B and C type curing are yielding very little valuable information. However, the A cure exhibits a wide range of durability factors and also groups the aggregates in an order which is related to the service record (there are definite exceptions. The biggest disadvantage to the A cure is the length of time that it takes to complete the test (90 day cure and 38 day test). The Kansas Highway Department has experimented with different cements and aggregates in order to determine which combination offers a concrete with the best durability factor possible. In an experimental test section of highway, concrete made with a Type II cement appeared to have better durability than others made with Type I cements. Because of this, a question has been raised at the Iowa State Highway Commission - Can concrete made with Type II cements, because of a lesser amount of tricalcium aluminate, yield better durability than concrete made with Type I cements?

Improved NYVAC-based vaccine vectors.

While as yet there is no vaccine against HIV/AIDS, the results of the phase III Thai trial (RV144) have been encouraging and suggest that further improvements of the prime/boost vaccine combination of a poxvirus and protein are needed. With this aim, in this investigation we have generated derivatives of the candidate vaccinia virus vaccine vector NYVAC with potentially improved functions. This has been achieved by the re-incorporation into the virus genome of two host range genes, K1L and C7L, in conjunction with the removal of the immunomodulatory viral molecule B19, an antagonist of type I interferon action. These novel virus vectors, referred to as NYVAC-C-KC and NYVAC-C-KC-ΔB19R, have acquired relevant biological characteristics, giving higher levels of antigen expression in infected cells, replication-competency in human keratinocytes and dermal fibroblasts, activation of selective host cell signal transduction pathways, and limited virus spread in tissues. Importantly, these replication-competent viruses have been demonstrated to maintain a highly attenuated phenotype.

NLRC5 deficiency impairs MHC class I-dependent lymphocyte killing by cytotoxic T cells

Purpose/Objective: NLRs are intracellular proteins involved in sensing pathogen- and danger-associated molecular patterns, thereby initiating inflammatory responses or cell death. The function of the family member NLRC5 remains a matter of debate, particularly with respect to NF-jB activation, type I IFN, and MHC class I expression. Materials and methods: To study the function of this NLR in vivo, we generated Nlrc5-deficient mice. Results: We found that NLRC5 deletion led to a mild reduction in MHC class I expression on DCs and an intermediate decrease on B cells, while MHC class I levels were dramatically lowered on T, NKT, and NK cells. Nlrc5-/- lymphocytes showed decreased H-2 gene transcript abundance and, accordingly, NLRC5 was sufficient to drive MHC class I expression in a human lymphoid cell line. Moreover, endogenous NLRC5 localized to the nucleus and occupied the proximal promoter region of H-2 genes. Notably, cytotoxic T cell-mediated elimination of Nlrc5-/- lymphocytes was markedly reduced. In addition, we observed low NLRC5 expression in several murine and human lymphoid-derived tumor cell lines. Conclusions: We found that NLRC5 acts as a key transcriptional regulator of MHC class I genes, in particular in lymphocytes. Loss of NLRC5 expression represents an advantage for evading CD8+ T cellmediated elimination by downmodulation of MHCI levels * a mechanism transformed cells may take advantage of. Therefore, our data support an essential role for NLRs in directing not only innate, but also adaptive immune responses (Staehli F et al. J Immunol 2012).

Differentiation towards regulatory DC is maintained during RSV infection in airway epithelial cells

Airway epithelial cells have been shown to drive differentiation of monocytes into dendritic cells (DC) with suppressive phenotype. In this study we investigated the impact of virus-induced inflammatory mediator production on DC development. Monocyte differentiation into functional DC, as reflected by the expression of CD11c, CD123, BDCA-4 and DC-SIGN and the capacity to activate T cells, was similar for respiratory syncytial virus (RSV)- and mock-infected BEAS-2B and A549 cells. RSV-conditioned culture media resulted in a partially mature DC phenotype, but failed to upregulate CD80, CD83, CD86 and CCR7 and failed to release pro-inflammatory mediators upon TLR triggering. Nevertheless, these DCs were able to maintain an antiviral response by the release of type I IFN. Collectively, these data indicate that the airway epithelium maintains an important suppressive DC phenotype under inflammatory conditions induced by RSV infection.

APOBEC3G genetic variants and their influence on the progression to AIDS.

The cytosine deaminase APOBEC3G, in the absence of the human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) accessory gene HIV-1 viral infectivity factor (vif), inhibits viral replication by introducing G-->A hypermutation in the newly synthesized HIV-1 DNA negative strand. We tested the hypothesis that genetic variants of APOBEC3G may modify HIV-1 transmission and disease progression. Single nucleotide polymorphisms were identified in the promoter region (three), introns (two), and exons (two). Genotypes were determined for 3,073 study participants enrolled in six HIV-AIDS prospective cohorts. One codon-changing variant, H186R in exon 4, was polymorphic in African Americans (AA) (f = 37%) and rare in European Americans (f < 3%) or Europeans (f = 5%). For AA, the variant allele 186R was strongly associated with decline in CD4 T cells (CD4 slope on square root scale: -1.86, P = 0.009), The 186R allele was also associated with accelerated progression to AIDS-defining conditions in AA. The in vitro antiviral activity of the 186R enzyme was not inferior to that of the common H186 variant. These studies suggest that there may be a modifying role of variants of APOBEC3G on HIV-1 disease progression that warrants further investigation.

Intracellular trafficking of interleukin-1 receptor I requires Tollip.

Interleukin-1 receptor (IL-1RI) is a master regulator of inflammation and innate immunity. When triggered by IL-1beta, IL-1RI aggregates with IL-1R-associated protein (IL-1RAcP) and forms a membrane proximal signalosome that potently activates downstream signaling cascades. IL-1beta also rapidly triggers endocytosis of IL-1RI. Although internalization of IL-1RI significantly impacts signaling, very little is known about trafficking of IL-1RI and therefore about precisely how endocytosis modulates the overall cellular response to IL-1beta. Upon internalization, activated receptors are often sorted through endosomes and delivered to lysosomes for degradation. This is a highly regulated process that requires ubiquitination of cargo proteins as well as protein-sorting complexes that specifically recognize ubiquitinated cargo. Here, we show that IL-1beta induces ubiquitination of IL-1RI and that via these attached ubiquitin groups, IL-1RI interacts with the ubiquitin-binding protein Tollip. By using an assay to follow trafficking of IL-1RI from the cell surface to late endosomes and lysosomes, we demonstrate that Tollip is required for sorting of IL-1RI at late endosomes. In Tollip-deficient cells and cells expressing only mutated Tollip (incapable of binding IL-1RI and ubiquitin), IL-1RI accumulates on late endosomes and is not efficiently degraded. Furthermore, we show that IL-1RI interacts with Tom1, an ubiquitin-, clathrin-, and Tollip-binding protein, and that Tom1 knockdown also results in the accumulation of IL-1RI at late endosomes. Our findings suggest that Tollip functions as an endosomal adaptor linking IL-1RI, via Tom1, to the endosomal degradation machinery.

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.

Identification of potential HIV restriction factors by combining evolutionary genomic signatures with functional analyses.

BACKGROUND: Known antiretroviral restriction factors are encoded by genes that are under positive selection pressure, induced during HIV-1 infection, up-regulated by interferons, and/or interact with viral proteins. To identify potential novel restriction factors, we performed genome-wide scans for human genes sharing molecular and evolutionary signatures of known restriction factors and tested the anti-HIV-1 activity of the most promising candidates. RESULTS: Our analyses identified 30 human genes that share characteristics of known restriction factors. Functional analyses of 27 of these candidates showed that over-expression of a strikingly high proportion of them significantly inhibited HIV-1 without causing cytotoxic effects. Five factors (APOL1, APOL6, CD164, TNFRSF10A, TNFRSF10D) suppressed infectious HIV-1 production in transfected 293T cells by >90% and six additional candidates (FCGR3A, CD3E, OAS1, GBP5, SPN, IFI16) achieved this when the virus was lacking intact accessory vpr, vpu and nef genes. Unexpectedly, over-expression of two factors (IL1A, SP110) significantly increased infectious HIV-1 production. Mechanistic studies suggest that the newly identified potential restriction factors act at different steps of the viral replication cycle, including proviral transcription and production of viral proteins. Finally, we confirmed that mRNA expression of most of these candidate restriction factors in primary CD4+ T cells is significantly increased by type I interferons. CONCLUSIONS: A limited number of human genes share multiple characteristics of genes encoding for known restriction factors. Most of them display anti-retroviral activity in transient transfection assays and are expressed in primary CD4+ T cells.

TLR3-Mediated CD8+ Dendritic Cell Activation Is Coupled with Establishment of a Cell-Intrinsic Antiviral State.

Because of their unique capacity to cross-present Ags to CD8(+) T cells, mouse lymphoid tissue-resident CD8(+) dendritic cells (DCs) and their migratory counterparts are critical for priming antiviral T cell responses. High expression of the dsRNA sensor TLR3 is a distinctive feature of these cross-presenting DC subsets. TLR3 engagement in CD8(+) DCs promotes cross-presentation and the acquisition of effector functions required for driving antiviral T cell responses. In this study, we performed a comprehensive analysis of the TLR3-induced antiviral program and cell-autonomous immunity in CD8(+) DC lines and primary CD8(+) DCs. We found that TLR3-ligand polyinosinic-polycytidylic acid and human rhinovirus infection induced a potent antiviral protection against Sendai and vesicular stomatitis virus in a TLR3 and type I IFN receptor-dependent manner. Polyinosinic-polycytidylic acid-induced antiviral genes were identified by mass spectrometry-based proteomics and transcriptomics in the CD8(+) DC line. Nanostring nCounter experiments confirmed that these antiviral genes were induced by TLR3 engagement in primary CD8(+) DCs, and indicated that many are secondary TLR3-response genes requiring autocrine IFN-β stimulation. TLR3-activation thus establishes a type I IFN-dependent antiviral program in a DC subtype playing crucial roles in priming adaptive antiviral immune responses. This mechanism is likely to shield the priming of antiviral responses against inhibition or abrogation by the viral infection. It could be particularly relevant for viruses detected mainly by TLR3, which may not trigger type I IFN production by DCs that lack TLR3, such as plasmacytoid DCs or CD8(-) DCs.

Assessing the Paradox Between Transmitted and Acquired HIV Type 1 Drug Resistance Mutations in the Swiss HIV Cohort Study From 1998 to 2012.

BACKGROUND: Transmitted human immunodeficiency virus type 1 (HIV) drug resistance (TDR) mutations are transmitted from nonresponding patients (defined as patients with no initial response to treatment and those with an initial response for whom treatment later failed) or from patients who are naive to treatment. Although the prevalence of drug resistance in patients who are not responding to treatment has declined in developed countries, the prevalence of TDR mutations has not. Mechanisms causing this paradox are poorly explored. METHODS: We included recently infected, treatment-naive patients with genotypic resistance tests performed ≤1 year after infection and before 2013. Potential risk factors for TDR mutations were analyzed using logistic regression. The association between the prevalence of TDR mutations and population viral load (PVL) among treated patients during 1997-2011 was estimated with Poisson regression for all TDR mutations and individually for the most frequent resistance mutations against each drug class (ie, M184V/L90M/K103N). RESULTS: We included 2421 recently infected, treatment-naive patients and 5399 patients with no response to treatment. The prevalence of TDR mutations fluctuated considerably over time. Two opposing developments could explain these fluctuations: generally continuous increases in the prevalence of TDR mutations (odds ratio, 1.13; P = .010), punctuated by sharp decreases in the prevalence when new drug classes were introduced. Overall, the prevalence of TDR mutations increased with decreasing PVL (rate ratio [RR], 0.91 per 1000 decrease in PVL; P = .033). Additionally, we observed that the transmitted high-fitness-cost mutation M184V was positively associated with the PVL of nonresponding patients carrying M184V (RR, 1.50 per 100 increase in PVL; P < .001). Such association was absent for K103N (RR, 1.00 per 100 increase in PVL; P = .99) and negative for L90M (RR, 0.75 per 100 increase in PVL; P = .022). CONCLUSIONS: Transmission of antiretroviral drug resistance is temporarily reduced by the introduction of new drug classes and driven by nonresponding and treatment-naive patients. These findings suggest a continuous need for new drugs, early detection/treatment of HIV-1 infection.