Production and characterization of monoclonal antibodies to a Brazilian bovine herpesvirus type 5

Antigens of a bovine herpesvirus type 5 (BHV-5), isolated from a cow with a neurological infection in Rio Grande do Sul State, Brazil, were used to immunize BALB/c mice to produce monoclonal antibodies (mAbs). Eleven hybridomas secreting mAbs directed at BHV-5 antigens were obtained after two fusions and screening of 356 hypoxanthine-aminopterin-thymidine-resistant clones. The mAbs reacted at dilutions up to 1:500 (hybridoma culture supernatant) and up to >1:10,000 (ascitic fluid) in an indirect fluorescent antibody assay (IFA) and in immunoperoxidase staining of BHV-5-infected cells. Four mAbs (1D12, 2E2, 2G10 and 4E4) showed virus-neutralizing activity against the parental BHV-5 isolate. Five mAbs (1F3, 2A6, 2F9, 2G10 and HB24L) reacted in Western immunoblotting with a protein of approximately 90 kDa. Three other mAbs (2E2, 3D6 and 4E4) reacted in IFA with antigens of a BHV-1 mutant glycoprotein C- negative strain, demonstrating that they are directed at a viral antigen other than glycoprotein C. The eleven mAbs tested reacted with 20 BHV-5 field isolates and nine mAbs reacted with 10 BHV-1 isolates. Two mAbs (1F3 and 2F9) failed to react with BHV-1 field isolates, although they displayed a weak and nonreproducible reaction with the BHV-1 reference strain Los Angeles. These mAbs may be very useful in distinguishing between BHV-1 and BHV-5 infections since most of the traditional reagents and techniques are unable to do so. One mAb (2F9) was shown to bind to viral antigens by immunohistochemistry of histological sections of the brain of a BHV-5-infected calf. These results demonstrate that the mAbs produced here are suitable for use in a variety of immunological techniques and therefore may be useful for diagnostic and research purposes.

High frequency of mutation G377S in Brazilian type 3 Gaucher disease patients

Gaucher disease (GD), the most prevalent lysosome storage disorder, presents an autosomal recessive mode of inheritance. It is a paradigm for therapeutic intervention in medical genetics due to the existence of effective enzyme replacement therapy. We report here the analysis of GD in 262 unrelated Brazilian patients, carried out in order to establish the frequency of the most common mutations and to provide prognostic information based on genotype-phenotype correlations. Among 247 type 1 GD patients, mutation N370S was detected in 47% of all the alleles, but N370S/N370S homozygosity was found in only 10% of the patients, a much lower frequency than expected, suggesting that most individuals presenting this genotype may not receive medical attention. Recombinant alleles were detected at a high frequency: 44% of the chromosomes bearing mutation L444P had other mutations derived from the pseudogene sequence, present in 25% of patients. Three neuronopathic type 2 patients were homozygous for L444P, all presenting additional mutations (E326K or recombinant alleles) that probably lead to the more severe phenotypes. Six children, classified as type 1 GD patients, had a L444P/L444P genotype, showing that neuronopathic symptoms may only manifest later in life. This would indicate the need for a higher treatment dose during enzyme replacement therapy. Finally, mutation G377S was present in 4 homozygous type 1 patients and also in compound heterozygosity in 5 (42%) type 3 patients. These findings indicate that G377S cannot be unambiguously classified as mild and suggest an allele-dose effect for this mutation.

High HTLV-1 proviral load, a marker for HTLV-1 associated myelopathy/tropical spastic paraparesis, is also detected in patients with infective dermatitis associated with HTLV-1

Salvador (BA, Brazil) is an endemic area for human T-cell lymphotrophic virus type 1 (HTLV-1). The overall prevalence of HTLV-1 infection in the general population has been estimated to be 1.76%. HTLV-1 carriers may develop a variety of diseases such as adult T-cell leukemia/lymphoma, HTLV-1-associated myelopathy/tropical spastic paraparesis (HAM/TSP) and infective dermatitis associated with HTLV-1 (IDH). IDH is a chronic and severe form of childhood exudative and infective dermatitis involving mainly the scalp, neck and ears. It has recently been observed that 30% of patients with IDH develop juvenile HAM/TSP. The replication of HTLV-1 has been reported to be greater in adult HAM/TSP patients than in asymptomatic HTLV-1 carriers. In the current study, the proviral load of 28 children and adolescents with IDH not associated with HAM/TSP was determined and the results were compared to those obtained in 28 HTLV-1 adult carriers and 28 adult patients with HAM/TSP. The proviral load in IDH patients was similar to that of patients with HAM/TSP and much higher than that found in HTLV-1 carriers. The high levels of proviral load in IDH patients were not associated with age, duration of illness, duration of breast-feeding, or activity status of the skin disease. Since proviral load is associated with neurological disability, these data support the view that IDH patients are at high risk of developing HAM/TSP.

Motor behavioral abnormalities and histopathological findings of Wistar rats inoculated with HTLV-1-infected MT2 cells

The objective of the present study was to describe motor behavioral changes in association with histopathological and hematological findings in Wistar rats inoculated intravenously with human T-cell lymphotropic virus type 1 (HTLV-1)-infected MT2 cells. Twenty-five 4-month-old male rats were inoculated with HTLV-1-infected MT2 cells and 13 control rats were inoculated with normal human lymphocytes. The behavior of the rats was observed before and 5, 10, 15, and 20 months after inoculation during a 30-min/rat testing time for 5 consecutive days. During each of 4 periods, a subset of rats was randomly chosen to be sacrificed in order to harvest the spinal cord for histopathological analysis and to obtain blood for serological and molecular studies. Behavioral analyses of the HTLV-1-inoculated rats showed a significant decrease of climbing, walking and freezing, and an increase of scratching, sniffing, biting, licking, and resting/sleeping. Two of the 25 HTLV-1-inoculated rats (8%) developed spastic paraparesis as a major behavioral change. The histopathological changes were few and mild, but in some cases there was diffuse lymphocyte infiltration. The minor and major behavioral changes occurred after 10-20 months of evolution. The long-term observation of Wistar rats inoculated with HTLV-1-infected MT2 cells showed major (spastic paraparesis) and minor motor abnormalities in association with the degree of HTLV-1-induced myelopathy.

Clinical and immunological features of patients with atopy and concomitant HTLV-1 infection

Human T-cell lymphotropic virus type 1 (HTLV-1) induces an exacerbated type 1 immune response characterized by high spontaneous IFN-γ and TNF-α production. Allergic rhinitis and asthma are associated with the type 2 immune response, with elevated secretion of IL-4 and IL-5. The aim of this study was to characterize the immune response in atopic HTLV-1 carriers. The cytokine profile of atopic HTLV-1 carriers (N = 10; all females) was compared with that of non-atopic HTLV-1 carriers (N = 14; 9 females and 5 males). Mean patient age of atopic and non-atopic groups was 45 ± 8 and 38 ± 11 years, respectively. All atopic HTLV-1 carriers had rhinitis with or without asthma and a skin prick test positive for Dermatophagoides pteronyssinus antigen 1 (Derp-1). There was no difference in cytokine levels between the two groups in unstimulated peripheral blood mononuclear cell cultures. In cultures stimulated with Derp-1, IFN-γ levels tended to be higher (P = 0.06) and IL-5 levels were higher (P = 0.02) in atopic HTLV-1 patients than in non-atopic subjects. In contrast, IL-10 was lower (P = 0.004) in atopic than in non-atopic HTLV-1-infected subjects. This study shows that HTLV-1 infection with an exaggerated type 1 immune response does not prevent atopy. In this case, the exacerbated type 1 and type 2 immune responses were due to a lack of IL-10 production, a cytokine that plays an important role in down-modulating type 1 and type 2 immune responses and in preventing the development of chronic inflammatory diseases.

Enhanced anti-tumor effect of a gene gun-delivered DNA vaccine encoding the human papillomavirus type 16 oncoproteins genetically fused to the herpes simplex virus glycoprotein D

Anti-cancer DNA vaccines have attracted growing interest as a simple and non-invasive method for both the treatment and prevention of tumors induced by human papillomaviruses. Nonetheless, the low immunogenicity of parenterally administered vaccines, particularly regarding the activation of cytotoxic CD8+ T cell responses, suggests that further improvements in both vaccine composition and administration routes are still required. In the present study, we report the immune responses and anti-tumor effects of a DNA vaccine (pgD-E7E6E5) expressing three proteins (E7, E6, and E5) of the human papillomavirus type 16 genetically fused to the glycoprotein D of the human herpes simplex virus type 1, which was administered to mice by the intradermal (id) route using a gene gun. A single id dose of pgD-E7E6E5 (2 µg/dose) induced a strong activation of E7-specific interferon-γ (INF-γ)-producing CD8+ T cells and full prophylactic anti-tumor effects in the vaccinated mice. Three vaccine doses inhibited tumor growth in 70% of the mice with established tumors. In addition, a single vaccine dose consisting of the co-administration of pgD-E7E6E5 and the vector encoding interleukin-12 or granulocyte-macrophage colony-stimulating factor further enhanced the therapeutic anti-tumor effects and conferred protection to 60 and 50% of the vaccinated mice, respectively. In conclusion, id administration of pgD-E7E6E5 significantly enhanced the immunogenicity and anti-tumor effects of the DNA vaccine, representing a promising administration route for future clinical trials.

Effect of TNF-α production inhibitors on the production of pro-inflammatory cytokines by peripheral blood mononuclear cells from HTLV-1-infected individuals

Human T lymphotropic virus type 1 (HTLV-1) is the causal agent of myelopathy/tropical spastic paraparesis (HAM/TSP), a disease mediated by the immune response. HTLV-1 induces a spontaneous proliferation and production of pro-inflammatory cytokines by T cells, and increasing interferon-γ (IFN-γ) and tumor necrosis factor-α (TNF-α) levels are potentially involved in tissue damage in diseases related to HTLV-1. This exaggerated immune response is also due to an inability of the natural regulatory mechanisms to down-modulate the immune response in this group of patients. TNF-α inhibitors reduce inflammation and have been shown to improve chronic inflammatory diseases in clinical trials. The aim of this study was to evaluate the ability of pentoxifylline, forskolin, rolipram, and thalidomide to decrease in vitro production of TNF-α and IFN-γ in cells of HTLV-1-infected subjects. Participants of the study included 19 patients with HAM/TSP (mean age, 53 ± 11; male:female ratio, 1:1) and 18 HTLV-1 carriers (mean age, 47 ± 11; male:female ratio, 1:2.6). Cytokines were determined by ELISA in supernatants of mononuclear cell cultures. Pentoxifylline inhibited TNF-α and IFN-γ synthesis with the minimum dose used (50 µM). The results with forskolin were similar to those observed with pentoxifylline. The doses of rolipram used were 0.01-1 µM and the best inhibition of TNF-α production was achieved with 1 µM and for IFN-γ production it was 0.01 µM. The minimum dose of thalidomide used (1 µM) inhibited TNF-α production but thalidomide did not inhibit IFN-γ production even when the maximum dose (50 µM) was used. All drugs had an in vitro inhibitory effect on TNF-α production and, with the exception of thalidomide, all of them also decreased IFN-γ production.

La protéine majeure de la capside de l’HSV-1 est ubiquitinée

Le virus de l’Herpès simplex de type 1 (HSV-1) est le pathogène humain responsable des lésions herpétiques labiales, plus communément appelé « feux sauvages ». Annuellement, il est responsable de plusieurs cas d’encéphalites et d’infections de l’appareil visuel qui sont la principale cause de cécité en Amérique du Nord. Bien qu’il existe quelques traitements antiviraux, aucun vaccin ou médicament ne permet de prévenir ou de guérir les infections causées par ce virus. Aujourd’hui, les infections produites par l’HSV-1 sont présentes partout sur la planète. Récemment, une étude en protéomique effectuée sur les virus matures extracellulaires a permis d’identifier la présence d’ubiquitines libres et d’enzymes reliées à la machinerie d’ubiquitination dans le virus. De plus, le virus exploite cette machinerie au cours de l’infection. Il est connu que certaines protéines virales sont ubiquitinées durant une infection et que le virus imite même certaines enzymes d’ubiquitination. Nous avons donc entrepris des recherches afin d’identifier des protéines virales ubiquitinées qui pourraient être présentes dans les virus matures ainsi que leurs rôles potentiels. La protéine majeure de la capside, VP5, un constituant très important du virus, a été identifiée. Nos recherches nous ont permis de caractériser le type d’ubiquitination, une monoubiquitination sur les lysines K810 et/ou K1275 de VP5. Le rôle que pourrait jouer l’ubiquitination de VP5 dans le cycle de réplication virale et dans les virus matures n’est toutefois pas encore connu.

Manipulation of the ubiquitin-proteasome system by HIV-1 : role of the accessory protein Vpr

Le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1), l’agent étiologique du SIDA, est un rétrovirus complexe arborant plusieurs protéines accessoires : Nef, Vif, Vpr, et Vpu. Celles-ci sont impliquées dans la modulation de la réplication virale, dans l’évasion immunitaire et dans la progression de la pathogenèse du SIDA. Dans ce contexte, il a été démontré que la protéine virale R (Vpr) induit un arrêt de cycle cellulaire en phase G2. Le mécanisme par lequel Vpr exerce cette fonction est l’activation, ATR (Ataxia telangiectasia and Rad3 related)-dépendante, du point de contrôle de dommage à l’ADN, mais les facteurs et mécanismes moléculaires directement impliqués dans cette activité demeurent inconnus. Afin d’identifier de nouveaux facteurs cellulaires interagissant avec Vpr, nous avons utilisé une purification d’affinité en tandem (TAP) pour isoler des complexes protéiques natifs contenant Vpr. Nous avons découvert que Vpr s’associait avec CRL4A(VprBP), un complexe cellulaire d’E3 ubiquitine ligase, comprenant les protéines Cullin 4A, DDB1 (DNA damage-binding protein 1) et VprBP (Vpr-binding protein). Nos études ont mis en évidence que le recrutement de la E3 ligase par Vpr était nécessaire mais non suffisant pour l’induction de l’arrêt de cycle cellulaire en G2, suggérant ainsi que des événements additionnels seraient impliqués dans ce processus. À cet égard, nous apportons des preuves directes que Vpr détourne les fonctions de CRL4A(VprBP) pour induire la polyubiquitination de type K48 et la dégradation protéosomale de protéines cellulaires encore inconnues. Ces événements d’ubiquitination induits par Vpr ont été démontrés comme étant nécessaire à l’activation d’ATR. Finalement, nous montrons que Vpr forme des foyers ancrés à la chromatine co-localisant avec VprBP ainsi qu’avec des facteurs impliqués dans la réparation de l’ADN. La formation de ces foyers représente un événement essentiel et précoce dans l’induction de l’arrêt de cycle cellulaire en G2. Enfin, nous démontrons que Vpr est capable de recruter CRL4A(VprBP) au niveau de la chromatine et nous apportons des preuves indiquant que le substrat inconnu ciblé par Vpr est une protéine associée à la chromatine. Globalement, nos résultats révèlent certains des ménanismes par lesquels Vpr induit des perturbations du cycle cellulaire. En outre, cette étude contribue à notre compréhension de la modulation du système ubiquitine-protéasome par le VIH-1 et son implication fonctionnelle dans la manipulation de l’environnement cellulaire de l’hôte.

Contribution de la Glycoprotéine M dans la Sortie de HSV-1

Le Virus Herpès Simplex de type 1 (HSV-1) est un agent infectieux qui cause l’herpès chez une grande proportion de la population mondiale. L’herpès est généralement considéré comme une maladie bénigne dont la forme la plus commune est l'herpès labial (communément appelé « bouton de fièvre »), mais elle peut se révéler très sérieuse et causer la cécité et l’encéphalite, voir létale dans certain cas. Le virus persiste toute la vie dans le corps de son hôte. Jusqu'à présent, aucun traitement ne peut éliminer le virus et aucun vaccin n’a été prouvé efficace pour contrôler l’infection herpétique. HSV-1 est un virus avec un génome d’ADN bicaténaire contenu dans une capside icosaèdrale entourée d’une enveloppe lipidique. Treize glycoprotéines virales se trouvent dans cette enveloppe et sont connues ou supposées jouer des rôles distincts dans différentes étapes du cycle de réplication viral, incluant l'attachement, l'entrée, l’assemblage, et la propagation des virus. La glycoprotéine M (gM) qui figure parmi ces glycoprotéines d’enveloppe, est la seule glycoprotéine non essentielle mais est conservée dans toute la famille herpesviridae. Récemment, l’homologue de gM dans le Pseudorabies virus (PRV), un autre herpesvirus, a été impliqué dans la phase finale de l’assemblage (i.e. l’enveloppement cytoplasmique) au niveau du réseau trans-Golgi (TGN) en reconnaissant spécifiquement des protéines tégumentaires et d’autres glycoprotéines d’enveloppe ([1]). Toutefois, il a été proposé que cette hypothèse ne s’applique pas pour le HSV-1 ([2]). De plus, contrairement à la localisation au TGN dans les cellules transfectées, HSV-1 gM se localise dans la membrane nucléaire et sur les virions périnucléaires durant une infection. L’objectif du projet présenté ici était d’éclaircir la relation de la localisation et la fonction de HSV-1 gM dans le contexte d’une infection. Dans les résultats rapportés ici, nous décrivons tout abord un mécanisme spécifique de ciblage nucléaire de HSV-1 gM. En phase précoce d’une infection, gM est ciblée à la membrane nucléaire d'une manière virus ii dépendante. Cela se produit avant la réorganisation du TGN normalement induite par l’infection et avant que gM n’entre dans la voie de sécrétion. Ce ciblage nucléaire actif et spécifique de gM ne semble pas dépendre des plusieurs des partenaires d’interaction proposés dans la littérature. Ces données suggèrent que la forme nucléaire de gM pourrait avoir un nouveau rôle indépendant de l’enveloppement final dans le cytoplasme. Dans la deuxième partie du travail présenté ici, nous avons concentré nos efforts sur le rôle de gM dans l’assemblage du virus en phase tardive de l’infection et en identifiant un domaine critique de gM. Nos résultats mettent en valeur l’importance du domaine carboxyl-terminal cytoplasmique de gM dans le transport de gM du réticulum endoplasmique (RE) à l’appareil de Golgi, dans l’enveloppement cytoplasmique et la propagation intercellulaire du virus. Ainsi, l’export du RE de gM a été complètement compromis dans les cellules transfectées exprimant un mutant de gM dépourvu de sa région C-terminale. La délétion la queue cytoplasmique de gM cause une réduction légère du titre viral et de la taille des plaques. L'analyse de ces mutants par microscopie électronique a démontré une accumulation des nucléocapsides sans enveloppe dans le cytoplasme par rapport aux virus de type sauvage. Étrangement, ce phénotype était apparent dans les cellules BHK mais absent dans les cellules 143B, suggérant que la fonction de gM dépende du type cellulaire. Finalement, le criblage de partenaires d’interaction du domaine C-terminal de gM identifiés par le système de double-hybride nous a permis de proposer plusieurs candidats susceptibles de réguler la fonction de gM dans la morphogénèse et la propagation de virus.

Développement d'une méthode d'isolation des noyaux adaptée aux macrophages pour une caractérisation protéomique d'une nouvelle structure autophagique induite par le virus HSV-1

L’autophagie est un processus cellulaire catabolique qui a été conservé durant l’évolution de la levure à l’homme. Cet important mécanisme consiste en une dégradation des composants cytoplasmiques dans une structure lytique, le lysosome. Il existe trois types de l’autophagie : la microautophagie, l’autophagie médiée par les chaperones et la macroautophagie nommée « autophagie ». Il a été démontré que lors de l’autophagie, le matériel cytoplasmique (protéines cytosoliques et organites) est séquestré dans l’autophagosome qui finit par fusionner avec le lysosome, formant ainsi l’autophagolysosome. Le matériel séquestré et la membrane interne de l’autophagosome seront dégradés par les hydrolases lysosomales. Plusieurs études se sont focalisées sur la détermination de la machinerie moléculaire et les mécanismes de l’autophagie. Il a été démontré l’implication de 31 molécules Atg essentielles dans le processus de l’autophagie. L’identification de ces protéines a permis de déceler le rôle de l’autophagie non seulement dans le maintien de l’homéostasie cellulaire mais aussi dans la défense contre les agents pathogènes. En effet, l’autophagie joue un rôle important dans l’immunité innée conduisant à contrôler l’évasion des pathogènes dont les bactéries et les virus. Également, l’autophagie est impliquée dans l’immunité adaptative en favorisant la présentation des antigènes viraux par le CMH de classe II aux cellules T CD4+. De plus, une étude récente suggère que l’autophagie contribue à la présentation antigénique par le CMH de classe I aux cellules T CD8+ durant une infection virale par le virus HSV-1 (Herpes simplex type 1). Toutefois, certains virus y compris HSV-1 ont pu développer des mécanismes pour contourner et inhiber en partie le rôle protecteur de l’autophagie. Récemment, une étude dans notre laboratoire a mis en évidence, lors d’une infection virale par HSV-1 des cellules macrophages BMA, la présence d’une nouvelle structure autophagique dans une phase tardive de l’infection. Cette nouvelle structure est différente des autophagosomes classiques à double membrane et est caractérisée morphologiquement par quatre membranes dérivées de l’enveloppe nucléaire interne et externe. Peu de choses ont été rapportées sur cette nouvelle voie autophagique qui peut être un mécanisme de défense cellulaire quand l’autophagie classique dans le cytosol est inhibée par HSV-1. Il devient donc intéressant de caractériser les molécules impliquées dans la formation de ces autophagosomes issus du noyau par spectrométrie de masse. Pour ce faire, il était impératif d’établir un outil d’isolation des noyaux à partir de macrophages infectés par HSV-1 dans lesquels les autophagosomes issus des noyaux seront formés. La validation de cette méthode d’isolation a été effectuée en déterminant la pureté et l’intégrité des noyaux isolés à partir des cellules non infectées (contrôle) et infectées par HSV-1. La pureté des préparations de noyaux isolés a été caractérisée par l’absence de contaminants cellulaires et un enrichissement en noyaux. Également, il a fallu déterminer la cinétique de formation des autophagosomes issus des noyaux pour les deux lignées cellulaires de macrophages utilisées dans ce projet. Dans une perspective future, l’analyse protéomique à partir des échantillons purs des noyaux isolés (non infectés et infectés) mènera à identifier les protéines impliquées dans la formation des autophagosomes dérivés des noyaux, ce qui permettra ultérieurement d’effectuer des études sur les mécanismes moléculaires et les fonctions de cette nouvelle voie autophagique.

Étude du mécanisme du changement programmé -1 du cadre de lecture par le ribosome

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Importance des protéines cellulaires incorporées dans les virions matures d’HSV-1

Pour compléter leur cycle de vie, les virus interagissent avec de nombreux facteurs de la cellule-hôte. Le virus Herpès simplex de type 1 (HSV-1) ne fait pas exception. Une récente étude protéomique du virus effectuée par notre laboratoire a permis d’identifier 49protéines cellulaires potentiellement incorporées dans les virions matures d’HSV-1 [1]. Étant donné que certaines de ces protéines peuvent jouer des rôles importants au cours du cycle de vie du virus, elles constituent des cibles de choix pour identifier et caractériser de nouvelles interactions hôte-pathogène dans le contexte d’HSV-1. D’ailleurs le laboratoire a été effectué un criblage aux petits ARN d’interférence qui a démontré qu'au moins 15 des protéines incorporées sont impliqués dans le cycle de réplication de HSV-1 en culture cellulaire (Annexe 1). Des nombreuses études rapportent l'incorporation des protéines de l'hôte dans les virions matures mais très peu abordent l'importance de la fraction des protéines cellulaires incorporée dans les virions pour le cycle virale. Pour vérifier ça, nous avons déplété ces protéines des virions matures extracellulaires en utilisant des petits ARN d’interférence. Par la suite, nous avons utilisé ces virus déplétés pour réinfecter des cellules déplétées ou normales. Cette méthode nous a permis d'identifier pour la première fois 8 protéines (DDX3X, HSPA8, KRT10, MIF, Rab5A, Rab6A, Rab10 et 14-3-3ζ) dont l'absence dans les virions réduit la production virale d'au moins 50%. Pour mieux comprendre à quelle étape du cycle viral ces protéines sont nécessaires, nous avons aussi quantifié les virus intracellulaires, produits des cellules déplétées individuellement des quinze protéines cellulaires. Ainsi, nous avons trouvé que dans nos conditions 7 de ces 8 protéines cellulaires (DDX3X, HSPA8, KRT10, MIF, Rab5A, Rab6A et Rab10) semblent impliquées dans la production des virus intracellulaires, ce qui nous a stimulés à débuter une série de tests plus approfondis de l’entrée d’HSV-1. Les résultats préliminaires, démontrent l’implication dans l’entrée d’HSV-1 d’au moins 3 à 4 de ces protéines (HSPA8, KRT10, Rab5A et Rab10).

Étude de la traduction IRES-dépendante du VIH-1

Le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1) est responsable de la pandémie du SIDA (syndrome de l’immunodéficience acquise). Des souches virales résistantes aux antirétroviraux actuellement utilisés apparaissent rapidement. Il est donc important d’identifier de nouvelles cibles dans le cycle de réplication du VIH-1 pour développer de nouveaux agents contre ce virus. La traduction des protéines de structure et des enzymes du VIH-1 est une étape essentielle du cycle de réplication virale. Ces protéines sont exprimées à partir de l’ARN messager (ARNm) pleine-longueur (ARNmPL) à la fin du cycle de réplication. L’ARNmPL du VIH-1 peut utiliser un mode d’initiation de la traduction coiffe-dépendant, comme la majorité des ARNm cellulaires, mais peut aussi utiliser un mode d’initiation alternatif, car sa région 5’ non-traduite (5’UTR) contient un site interne d’entrée du ribosome (IRES), ce qui lui permet d’initier la traduction suivant un mode IRES-dépendant. L’initiation IRES-dépendante permet à l’ARNmPL d’être traduit quand l’initiation coiffe-dépendante est inhibée. L’activité de l’IRES de la région 5’UTR de l’ARNmPL du VIH-1 (IRES5’UTR) est faible dans des conditions physiologiques, mais est stimulée lorsque la cellule est arrêtée à la transition G2/M du cycle cellulaire, un arrêt qu’induit l’infection par le VIH-1. Une grande portion de l’IRES5’UTR, que nous nommons IRES5’UTRc, est présente dans tous les ARNm viraux et a une activité semblable à celle de l’ IRES5’UTR, ce qui indique que le mode IRES-dépendant peut être utilisé par tous les messagers du VIH-1. Lors de mes études doctorales, j’ai caractérisé le fonctionnement de l’IRES5’UTR du VIH-1. J’ai transfecté des cellules lymphocytaires Jurkat T, dérivées des cibles naturelles du VIH-1, avec un vecteur dual-luciférase contenant les séquences codantes des luciférases de la Renilla (Rluc) et de la luciole (Fluc) séparées par la région 5’UTR de l’ARNmPL du VIH-1. La traduction de la Rluc est coiffe-dépendante alors que celle de la Fluc dépend de l’IRES5’UTR. J’ai d’abord effectué une analyse mutationnelle et j’ai identifié trois régions qui stimulent l’activité de l’IRES5’UTR et une tige-boucle qui réprime l’activité de cet IRES, que j’ai nommée IRENE (IRES negative element). J’ai montré que l’effet répresseur d’IRENE est aboli lorsque les cellules sont soumises à un stress oxydatif, un type de stress induit lors d’une infection par le VIH-1. Nous proposons que IRENE maintiendrait l’IRES5’UTR dans une conformation peu active dans des conditions physiologiques. On sait que les IRES sont activés par divers facteurs cellulaires, appelés ITAF (IRES trans-acting factors). Nous proposons que l’IRES5’UTR adopterait une conformation active suite à la liaison d’un ITAF exprimé ou relocalisé lors d’un stress oxydatif. Ces travaux ont fait l’objet d’une publication (Gendron et al., 2011, Nucleic Acids Research, 39, 902-912). J’ai ensuite étudié l’effet de la protéine virale Tat sur l’activité de l’IRES5’UTR. En plus de son rôle essentiel dans la transactivation de la transcription des ARNm viraux, Tat stimule leur traduction coiffe-dépendante, en empêchant l’inhibition d’un facteur d’initiation canonique, eIF2, induite par la protéine kinase modulée par l’ARN double-brin (PKR) et en déroulant la structure TAR présente à l’extrémité 5’ de tous les ARNm du VIH-1. Elle affecte aussi l’expression de plusieurs gènes cellulaires. J’ai montré que les isoformes Tat86 et Tat72, mais non Tat101, stimulent l’activité de l’IRES5’UTR. Cet effet est indépendant de PKR et de TAR, mais dépendrait de la conformation de Tat. Nous proposons que Tat activerait un facteur de transcription cellulaire qui déclenche l’expression d’un ITAF de l’IRES5’UTR ou encore qu’elle activerait directement un tel ITAF. J’ai de plus montré que PKR stimule l’activité de l’IRES5’UTR, ce qui est surprenant puisque PKR est une protéine antivirale. Cet effet est indépendant de l’inhibition d’eIF2 par PKR et pourrait résulter de l’activation d’un ITAF. Sachant qu’une portion active de l’IRES5’UTR, IRES5’UTRc, est présente dans tous les ARNm viraux, notre hypothèse est que la stimulation de cet IRES par PKR permettait de traduire l’ARNm de Tat au début du cycle de réplication, ce qui permettrait ensuite la traduction coiffe-dépendante des ARNm du VIH-1, qui est stimulée par Tat. Ces travaux font l’objet d’un manuscrit (Gendron et al., soumis à RNA). Mes résultats, couplés aux données de la littérature, me conduisent à la conclusion que, à la fin du cycle de réplication du VIH-1, l’activité de l’IRES5’UTR est stimulée par le stress oxydatif, l’arrêt en G2/M et la présence de quantités élevées de Tat, alors que la traduction coiffe-dépendante est compromise. L’initiation IRES-dépendante serait alors indispensable pour que le VIH-1 traduise l’ARNmPL. L’IRES5’UTR constituerait donc une cible très intéressante pour développer des agents anti-VIH.

Mécanismes moléculaires de la réplication préférentielle du VIH-1 dans les cellules à polarisation Th1Th17 versus Th1 : rôle de PPARG dans la régulation négative de la réplication virale

Les cellules T CD4+ humaines sont hétérogènes du point de vue de la permissivité à l’infection par le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1). Notre laboratoire a préalablement démontré que les cellules Th1 à phénotype CXCR3+CCR6- sont relativement résistantes à l’infection par le VIH-1 alors que les cellules Th1Th17 à phénotype CXCR3+CCR6+ y sont hautement permissives. La réplication du VIH dépend de plusieurs facteurs cellulaires de restriction ou de permissivité agissant à différentes étapes du cycle viral. Toutefois, malgré plusieurs avancées, la compréhension des voies de signalisation cellulaire impliquées dans la régulation de la réplication du VIH est encore limitée. L’objectif majeur de ce projet de maîtrise est de caractériser les mécanismes moléculaires de la permissivité et de la résistance au VIH respectivement dans les cellules Th1Th17 et Th1. Ce mémoire est divisé en quatre parties qui visent: (i) l’identification des voies canoniques et des fonctions biologiques différemment régulées dans les cellules Th1Th17 versus Th1 par l’analyse de leur transcriptome au niveau du génome entier; (ii) la validation de l’expression différentielle des gènes d’intérêt identifiés par biopuces au niveau des transcrits et des protéines; (iii) la caractérisation du rôle fonctionnel de certains de ces facteurs (i.e., PPARG, AhR) sur la réplication du VIH dans les cellules Th1Th17 versus Th1; et (iv) l’identification du niveau auquel ces facteurs interfèrent avec le cycle de réplication du VIH. Nos résultats d’analyse du transcriptome du génome entier par Gene Set Enrichment Analysis et Ingenuity Pathway Analysis indiquent que les cellules à profil Th1Th17 sont plus susceptibles à l’activation cellulaire et à l’apoptose, favorisent plus l’inflammation et expriment moins fortement les gènes liés à la dégradation protéosomale comparé aux cellules à profil Th1. Ces différences dans la régulation de diverses voies et fonctions biologiques permettent en partie d’expliquer la susceptibilité à l’infection par le VIH dans ces cellules. Nous avons ensuite confirmé l’expression différentielle de certains gènes d’intérêt dans les cellules Th1Th17 (CXCR6, PPARG, ARNTL, CTSH, PTPN13, MAP3K4) versus Th1 (SERPINB6, PTK2) au niveau de l’ARNm et des protéines. Finalement, nous avons démontré le rôle des facteurs de transcription PPARG et AhR dans la régulation de la réplication du VIH. L’activation de la voie PPARG par la rosiglitazone induit la diminution importante de la réplication du VIH dans les cellules T CD4+, alors que l’activation de la voie AhR par les ligands exogènes TCDD et FICZ augmente de façon significative la réplication virale. Nous proposons que la voie PPARG agit comme un régulateur négatif de la réplication du VIH dans ces cellules, en interférant avec la polarisation Th17 et probablement en inhibant l’activité transcriptionnelle du facteur NF-kB. Les rôles des formes nucléaires versus cytoplasmiques du récepteur Ahr semblent être diamétralement opposés, dans la mesure où l’interférence ARN contre AhR s’associe également à l’augmentation de la réplication virale. Il est ainsi possible que la forme cytoplasmique d’AhR, connue par son activité E3 ligase, participe à la dégradation protéosomale des particules virales. Le mécanisme par lequel le AhR nucléaire versus cytoplasmique interfère avec la réplication virale est en cours d’étude au laboratoire. Cette étude représente la première caractérisation de l’expression différentielle de gènes au niveau du génome entier de sous-populations T CD4+ permissives versus résistantes à l’infection par le VIH. Nos résultats identifient de nouvelles cibles moléculaires pour de nouvelles stratégies thérapeutiques visant à limiter la réplication du VIH dans les lymphocytes T CD4+ primaires.