Correcting for the bias due to expression specificity improves the estimation of constrained evolution of expression between mouse and human.

MOTIVATION: Comparative analyses of gene expression data from different species have become an important component of the study of molecular evolution. Thus methods are needed to estimate evolutionary distances between expression profiles, as well as a neutral reference to estimate selective pressure. Divergence between expression profiles of homologous genes is often calculated with Pearson's or Euclidean distance. Neutral divergence is usually inferred from randomized data. Despite being widely used, neither of these two steps has been well studied. Here, we analyze these methods formally and on real data, highlight their limitations and propose improvements. RESULTS: It has been demonstrated that Pearson's distance, in contrast to Euclidean distance, leads to underestimation of the expression similarity between homologous genes with a conserved uniform pattern of expression. Here, we first extend this study to genes with conserved, but specific pattern of expression. Surprisingly, we find that both Pearson's and Euclidean distances used as a measure of expression similarity between genes depend on the expression specificity of those genes. We also show that the Euclidean distance depends strongly on data normalization. Next, we show that the randomization procedure that is widely used to estimate the rate of neutral evolution is biased when broadly expressed genes are abundant in the data. To overcome this problem, we propose a novel randomization procedure that is unbiased with respect to expression profiles present in the datasets. Applying our method to the mouse and human gene expression data suggests significant gene expression conservation between these species. CONTACT: marc.robinson-rechavi@unil.ch; sven.bergmann@unil.ch SUPPLEMENTARY INFORMATION: Supplementary data are available at Bioinformatics online.

A mechanism of carbapenem resistance due to a new insertion element (ISPa133) in Pseudomonas aeruginosa

This study explored the evolutionary mechanism by which the clinical isolate PA110514 yields the imipenemresistant derivative PA116136. Both isolates were examined by PFGE and SDS-PAGE, which led to the identification of a new insertion sequence, ISPa133. This element was shown to have distinct chromosomal locations in each of the original isolates that appeared to explain the differences in imipenem susceptibilty. In strain PA110514, ISPa133 is located 56 nucleotides upstream of the translational start codon, which has no effect on expression of the porin OprD. However, in strain PA116136 ISPa133 it is located in front of nucleotide 696 and, by interrupting the coding region, causes a loss of OprD expression, thus conferring imipenem resistance. In vitro experiments mimicking the natural conditions of selective pressure yielded imipenem-resistant strains in which ISPa133 similarly interrupted oprD. A mechanism is proposed whereby ISPa133 acts as a mobile switch, with its position in oprD depending on the degree of selective pressure exerted by imipenem

A mechanism of carbapenem resistance due to a new insertion element (ISPa133) in Pseudomonas aeruginosa

This study explored the evolutionary mechanism by which the clinical isolate PA110514 yields the imipenemresistant derivative PA116136. Both isolates were examined by PFGE and SDS-PAGE, which led to the identification of a new insertion sequence, ISPa133. This element was shown to have distinct chromosomal locations in each of the original isolates that appeared to explain the differences in imipenem susceptibilty. In strain PA110514, ISPa133 is located 56 nucleotides upstream of the translational start codon, which has no effect on expression of the porin OprD. However, in strain PA116136 ISPa133 it is located in front of nucleotide 696 and, by interrupting the coding region, causes a loss of OprD expression, thus conferring imipenem resistance. In vitro experiments mimicking the natural conditions of selective pressure yielded imipenem-resistant strains in which ISPa133 similarly interrupted oprD. A mechanism is proposed whereby ISPa133 acts as a mobile switch, with its position in oprD depending on the degree of selective pressure exerted by imipenem

A mechanism of carbapenem resistance due to a new insertion element (ISPa133) in Pseudomonas aeruginosa

This study explored the evolutionary mechanism by which the clinical isolate PA110514 yields the imipenemresistant derivative PA116136. Both isolates were examined by PFGE and SDS-PAGE, which led to the identification of a new insertion sequence, ISPa133. This element was shown to have distinct chromosomal locations in each of the original isolates that appeared to explain the differences in imipenem susceptibilty. In strain PA110514, ISPa133 is located 56 nucleotides upstream of the translational start codon, which has no effect on expression of the porin OprD. However, in strain PA116136 ISPa133 it is located in front of nucleotide 696 and, by interrupting the coding region, causes a loss of OprD expression, thus conferring imipenem resistance. In vitro experiments mimicking the natural conditions of selective pressure yielded imipenem-resistant strains in which ISPa133 similarly interrupted oprD. A mechanism is proposed whereby ISPa133 acts as a mobile switch, with its position in oprD depending on the degree of selective pressure exerted by imipenem

"In vitro" comparative experimental study of antimicrobial action of mouth washing products

Regular use of mouth rinses modifies the oral habitat, since bacterial populations are submitted to a high selective pressure during the treatment exercised by the active presence of the disinfectant. Mostly mouth rinses are based on the antibacterial effect of Chlorhexidine, Triclosan, essential oils and other antibacterials although other pharmaceutical characteristics can also affect their effectiveness. In this paper we compare"in vitro" the antibacterial effect of different oral rinsing solutions. Minimal Inhibitory Concentrations (MIC) and Minimal Bactericidal Concentrations (MBC) were determined as well as the kinetics of bacterial death in the presence of letal concentrations of the mouth rinses. MIC values expressed as Maximal Inhibitory Dilution (MID) of the mouth rinse ranged from 1 to 1/2048 depending on the microorganism and product, whereas Minimal Biocidal Concentration (MBC), expressed as Maximal Biocidal Dilution (MBD) ranged from 1 to 1/1024, being in general one dilution less than MIC. Maximal Biocidal Dilution is a good tool to measure the actual efficiency of mouth washing solutions. However, kinetics of death seems to be better in our work killing curves demonstrate that bacterial populations are mostly eliminated during the first minute after the contact of bacterial suspension and the mouth-washing solution. In all tested bacterial species mouth-washing solutions tested were able to reduce until suspension treated except 1 and 5

Minimization of biosynthetic costs in adaptive gene expression responses of yeast to environmental changes

Yeast successfully adapts to an environmental stress by altering physiology and fine-tuning metabolism. This fine-tuning is achieved through regulation of both gene expression and protein activity, and it is shaped by various physiological requirements. Such requirements impose a sustained evolutionary pressure that ultimately selects a specific gene expression profile, generating a suitable adaptive response to each environmental change. Although some of the requirements are stress specific, it is likely that others are common to various situations. We hypothesize that an evolutionary pressure for minimizing biosynthetic costs might have left signatures in the physicochemical properties of proteins whose gene expression is fine-tuned during adaptive responses. To test this hypothesis we analyze existing yeast transcriptomic data for such responses and investigate how several properties of proteins correlate to changes in gene expression. Our results reveal signatures that are consistent with a selective pressure for economy in protein synthesis during adaptive response of yeast to various types of stress. These signatures differentiate two groups of adaptive responses with respect to how cells manage expenditure in protein biosynthesis. In one group, significant trends towards downregulation of large proteins and upregulation of small ones are observed. In the other group we find no such trends. These results are consistent with resource limitation being important in the evolution of the first group of stress responses.

Computational toolbox towards evolutionary domain mapping of membrane proteins

Membrane proteins account for about 20% to 30% of all proteins encoded in a typical genome. They play central roles in multiple cellular processes mediating the interaction of the cell with its surrounding. Over 60% of all drug targets contain a membrane domain. The experimental difficulties of obtaining a crystal structural severely limits our ability or understanding of membrane protein function. Computational evolutionary studies of proteins are crucial for the prediction of 3D structures. In this project, we construct a tool able to quantify the evolutionary positive selective pressure on each residue of membrane proteins through maximum likelihood phylogeny reconstruction. The conservation plot combined with a structural homology model is also a potent tool to predict those residues that have essentials roles in the structure and function of a membrane protein and can be very useful in the design of validation experiments.

Divergent evolution and purifying selection of the flaA gene sequences in Aeromonas

BACKGROUND: The bacterial flagellum is the most important organelle of motility in bacteria and plays a key role in many bacterial lifestyles, including virulence. The flagellum also provides a paradigm of how hierarchical gene regulation, intricate protein-protein interactions and controlled protein secretion can result in the assembly of a complex multi-protein structure tightly orchestrated in time and space. As if to stress its importance, plants and animals produce receptors specifically dedicated to the recognition of flagella. Aside from motility, the flagellum also moonlights as an adhesion and has been adapted by humans as a tool for peptide display. Flagellar sequence variation constitutes a marker with widespread potential uses for studies of population genetics and phylogeny of bacterial species. RESULTS: We sequenced the complete flagellin gene (flaA) in 18 different species and subspecies of Aeromonas. Sequences ranged in size from 870 (A. allosaccharophila) to 921 nucleotides (A. popoffii). The multiple alignment displayed 924 sites, 66 of which presented alignment gaps. The phylogenetic tree revealed the existence of two groups of species exhibiting different FlaA flagellins (FlaA1 and FlaA2). Maximum likelihood models of codon substitution were used to analyze flaA sequences. Likelihood ratio tests suggested a low variation in selective pressure among lineages, with an omega ratio of less than 1 indicating the presence of purifying selection in almost all cases. Only one site under potential diversifying selection was identified (isoleucine in position 179). However, 17 amino acid positions were inferred as sites that are likely to be under positive selection using the branch-site model. Ancestral reconstruction revealed that these 17 amino acids were among the amino acid changes detected in the ancestral sequence. CONCLUSION: The models applied to our set of sequences allowed us to determine the possible evolutionary pathway followed by the flaA gene in Aeromonas, suggesting that this gene have probably been evolving independently in the two groups of Aeromonas species since the divergence of a distant common ancestor after one or several episodes of positive selection. REVIEWERS: This article was reviewed by Alexey Kondrashov, John Logsdon and Olivier Tenaillon (nominated by Laurence D Hurst).

Pre-dispersal predation effect on seed packaging strategies and seed viability.

An increased understanding of intraspecific seed packaging (i.e. seed size/number strategy) variation across different environments may improve current knowledge of the ecological forces that drive seed evolution in plants. In particular, pre-dispersal seed predation may influence seed packaging strategies, triggering a reduction of the resources allocated to undamaged seeds within the preyed fruits. Assessing plant reactions to pre-dispersal seed predation is crucial to a better understanding of predation effects, but the response of plants to arthropod attacks remains unexplored. We have assessed the effect of cone predation on the size and viability of undamaged seeds in populations of Juniperus thurifera with contrasting seed packaging strategies, namely, North African populations with single-large-seeded cones and South European populations with multi-small-seeded cones. Our results show that the incidence of predation was lower on the single-large-seeded African cones than on the multi-small-seeded European ones. Seeds from non-preyed cones were also larger and had a higher germination success than uneaten seeds from preyed cones, but only in populations with multi-seeded cones and in cones attacked by Trisetacus sp., suggesting a differential plastic response to predation. It is possible that pre-dispersal seed predation has been a strong selective pressure in European populations with high cone predation rates, being a process which maintains multi-small-seeded cones and empty seeds as a strategy to save some seeds from predation. Conversely, pre-dispersal predation might not have a strong effect in the African populations with single-large-seeded cones characterized by seed germination and filling rates higher than those in the European populations. Our results indicate that differences in pre-dispersal seed predators and predation levels may affect both selection on and intraspecific variation in seed packaging.

Combined drug action of 2-phenylimidazo[2,1-b]benzothiazole derivatives on cancer cells according to their oncogenic molecular signatures

The development of targeted molecular therapies has provided remarkable advances into the treatment of human cancers. However, in most tumors the selective pressure triggered by anticancer agents encourages cancer cells to acquire resistance mechanisms. The generation of new rationally designed targeting agents acting on the oncogenic path(s) at multiple levels is a promising approach for molecular therapies. 2-phenylimidazo[2,1-b]benzothiazole derivatives have been highlighted for their properties of targeting oncogenic Met receptor tyrosine kinase (RTK) signaling. In this study, we evaluated the mechanism of action of one of the most active imidazo[2,1-b]benzothiazol-2-ylphenyl moiety-based agents, Triflorcas, on a panel of cancer cells with distinct features. We show that Triflorcas impairs in vitro and in vivo tumorigenesis of cancer cells carrying Met mutations. Moreover, Triflorcas hampers survival and anchorage-independent growth of cancer cells characterized by 'RTK swapping' by interfering with PDGFRβ phosphorylation. A restrained effect of Triflorcas on metabolic genes correlates with the absence of major side effects in vivo. Mechanistically, in addition to targeting Met, Triflorcas alters phosphorylation levels of the PI3K-Akt pathway, mediating oncogenic dependency to Met, in addition to Retinoblastoma and nucleophosmin/B23, resulting in altered cell cycle progression and mitotic failure. Our findings show how the unusual binding plasticity of the Met active site towards structurally different inhibitors can be exploited to generate drugs able to target Met oncogenic dependency at distinct levels. Moreover, the disease-oriented NCI Anticancer Drug Screen revealed that Triflorcas elicits a unique profile of growth inhibitory-responses on cancer cell lines, indicating a novel mechanism of drug action. The anti-tumor activity elicited by 2-phenylimidazo[2,1-b]benzothiazole derivatives through combined inhibition of distinct effectors in cancer cells reveal them to be promising anticancer agents for further investigation.

Combined drug action of 2-phenylimidazo[2,1-b]benzothiazole derivatives on cancer cells according to their oncogenic molecular signatures

The development of targeted molecular therapies has provided remarkable advances into the treatment of human cancers. However, in most tumors the selective pressure triggered by anticancer agents encourages cancer cells to acquire resistance mechanisms. The generation of new rationally designed targeting agents acting on the oncogenic path(s) at multiple levels is a promising approach for molecular therapies. 2-phenylimidazo[2,1-b]benzothiazole derivatives have been highlighted for their properties of targeting oncogenic Met receptor tyrosine kinase (RTK) signaling. In this study, we evaluated the mechanism of action of one of the most active imidazo[2,1-b]benzothiazol-2-ylphenyl moiety-based agents, Triflorcas, on a panel of cancer cells with distinct features. We show that Triflorcas impairs in vitro and in vivo tumorigenesis of cancer cells carrying Met mutations. Moreover, Triflorcas hampers survival and anchorage-independent growth of cancer cells characterized by 'RTK swapping' by interfering with PDGFRβ phosphorylation. A restrained effect of Triflorcas on metabolic genes correlates with the absence of major side effects in vivo. Mechanistically, in addition to targeting Met, Triflorcas alters phosphorylation levels of the PI3K-Akt pathway, mediating oncogenic dependency to Met, in addition to Retinoblastoma and nucleophosmin/B23, resulting in altered cell cycle progression and mitotic failure. Our findings show how the unusual binding plasticity of the Met active site towards structurally different inhibitors can be exploited to generate drugs able to target Met oncogenic dependency at distinct levels. Moreover, the disease-oriented NCI Anticancer Drug Screen revealed that Triflorcas elicits a unique profile of growth inhibitory-responses on cancer cell lines, indicating a novel mechanism of drug action. The anti-tumor activity elicited by 2-phenylimidazo[2,1-b]benzothiazole derivatives through combined inhibition of distinct effectors in cancer cells reveal them to be promising anticancer agents for further investigation.

Les R-loops et leurs conséquences sur l'expression génique chez Escherichia coli.

Des variations importantes du surenroulement de l’ADN peuvent être générées durant la phase d’élongation de la transcription selon le modèle du « twin supercoiled domain ». Selon ce modèle, le déplacement du complexe de transcription génère du surenroulement positif à l’avant, et du surenroulement négatif à l’arrière de l’ARN polymérase. Le rôle essentiel de la topoisomérase I chez Escherichia coli est de prévenir l’accumulation de ce surenroulement négatif générée durant la transcription. En absence de topoisomérase I, l’accumulation de ce surenroulement négatif favorise la formation de R-loops qui ont pour conséquence d’inhiber la croissance bactérienne. Les R-loops sont des hybrides ARN-ADN qui se forment entre l’ARN nouvellement synthétisé et le simple brin d’ADN complémentaire. Dans les cellules déficientes en topoisomérase I, des mutations compensatoires s’accumulent dans les gènes qui codent pour la gyrase, réduisant le niveau de surenroulement négatif du chromosome et favorisant la croissance. Une des ces mutations est une gyrase thermosensible qui s’exprime à 37 °C. La RNase HI, une enzyme qui dégrade la partie ARN d’un R-loop, peut aussi restaurer la croissance en absence de topoisomérase I lorsqu’elle est produite en très grande quantité par rapport à sa concentration physiologique. En présence de topoisomérase I, des R-loops peuvent aussi se former lorsque la RNase HI est inactive. Dans ces souches mutantes, les R-loops induisent la réponse SOS et la réplication constitutive de l’ADN (cSDR). Dans notre étude, nous montrons comment les R-loops formés en absence de topoisomérase I ou RNase HI peuvent affecter négativement la croissance des cellules. Lorsque la topoisomérase I est inactivée, l’accumulation d’hypersurenroulement négatif conduit à la formation de nombreux R-loops, ce qui déclenche la dégradation de l’ARN synthétisé. Issus de la dégradation de l’ARNm de pleine longueur, des ARNm incomplets et traductibles s’accumulent et causent l’inhibition de la synthèse protéique et de la croissance. Le processus par lequel l’ARN est dégradé n’est pas encore complètement élucidé, mais nos résultats soutiennent fortement que la RNase HI présente en concentration physiologique est responsable de ce phénotype. Chose importante, la RNase E qui est l’endoribonuclease majeure de la cellule n’est pas impliquée dans ce processus, et la dégradation de l’ARN survient avant son action. Nous montrons aussi qu’une corrélation parfaite existe entre la concentration de RNase HI, l’accumulation d’hypersurenroulement négatif et l’inhibition de la croissance bactérienne. Lorsque la RNase HI est en excès, l’accumulation de surenroulement négatif est inhibée et la croissance n’est pas affectée. L’inverse se produit Lorsque la RNase HI est en concentration physiologique. En limitant l’accumulation d’hypersurenroulement négatif, la surproduction de la RNase HI prévient alors la dégradation de l’ARN et permet la croissance. Quand la RNase HI est inactivée en présence de topoisomérase I, les R-loops réduisent le niveau d’expression de nombreux gènes, incluant des gènes de résistance aux stress comme rpoH et grpE. Cette inhibition de l’expression génique n’est pas accompagnée de la dégradation de l’ARN contrairement à ce qui se produit en absence de topoisomérase I. Dans le mutant déficient en RNase HI, la diminution de l’expression génique réduit la concentration cellulaire de différentes protéines, ce qui altère négativement le taux de croissance et affecte dramatiquement la survie des cellules exposées aux stress de hautes températures et oxydatifs. Une inactivation de RecA, le facteur essentiel qui déclenche la réponse SOS et le cSDR, ne restaure pas l’expression génique. Ceci démontre que la réponse SOS et le cSDR ne sont pas impliqués dans l’inhibition de l’expression génique en absence de RNase HI. La croissance bactérienne qui est inhibée en absence de topoisomérase I, reprend lorsque l’excès de surenroulement négatif est éliminé. En absence de RNase HI et de topoisomérase I, le surenroulement négatif est très relaxé. Il semble que la réponse cellulaire suite à la formation de R-loops, soit la relaxation du surenroulement négatif. Selon le même principe, des mutations compensatoires dans la gyrase apparaissent en absence de topoisomérase I et réduisent l’accumulation de surenroulement négatif. Ceci supporte fortement l’idée que le surenroulement négatif joue un rôle primordial dans la formation de R-loop. La régulation du surenroulement négatif de l’ADN est donc une tâche essentielle pour la cellule. Elle favorise notamment l’expression génique optimale durant la croissance et l’exposition aux stress, en limitant la formation de R-loops. La topoisomérase I et la RNase HI jouent un rôle important et complémentaire dans ce processus.

Effet de l'initiation du traitement antirétroviral sur la diversité virale du VIH

L’épidémie du VIH-1 dure maintenant depuis plus de 25 ans. La grande diversité génétique de ce virus est un obstacle majeur en vue de l’éradication de cette pandémie. Au cours des années, le VIH-1 a évolué en plus de cinquante sous-types ou formes recombinantes. Cette diversité génétique est influencée par diverses pressions de sélection, incluant les pressions du système immunitaire de l’hôte et les agents antirétroviraux (ARV). En effet, bien que les ARV aient considérablement réduit les taux de morbidité et de mortalité, en plus d’améliorer la qualité et l’espérance de vie des personnes atteintes du VIH-1, ces traitements sont complexes, dispendieux et amènent leur lot de toxicité pouvant mener à des concentrations plasmatiques sous-optimales pour contrôler la réplication virale. Ceci va permettre l’émergence de variantes virales portant des mutations de résistance aux ARV. Ce phénomène est encore plus complexe lorsque l’on prend en considération l’immense diversité génétique des différents sous-types. De plus, le virus du VIH est capable de persister sous forme latente dans diverses populations cellulaires, rendant ainsi son éradication extrêmement difficile. Des stratégies pouvant restreindre la diversité virale ont donc été préconisées dans le but de favoriser les réponses immunes de l’hôte pour le contrôle de l’infection et d’identifier des variantes virales offrant une meilleure cible pour des stratégies vaccinales ou immunothérapeutiques. Dans cet esprit, nous avons donc étudié, chez des sujets infectés récemment par le VIH-1, l’effet du traitement ARV précoce sur la diversité virale de la région C2V5 du gène enveloppe ainsi que sur la taille des réservoirs. En deuxième lieu, nous avons caractérisé la pression de sélection des ARV sur des souches virales de sous types variés non-B, chez des patients du Mali et du Burkina Faso afin d’évaluer les voies d’échappement viral dans un fond génétique différent du sous-type B largement prévalent en Amérique du Nord. Notre étude a démontré la présence d’une population virale très homogène et peu diversifiée dans les premières semaines suivant l’infection, qui évolue pour atteindre une diversification de +0,23% à la fin de la première année. Cette diversification est plus importante chez les sujets n’ayant pas initié de traitement. De plus, ceci s’accompagne d’un plus grand nombre de particules virales infectieuses dans les réservoirs viraux des cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC) chez ces sujets. Ces résultats suggèrent que l’initiation précoce du traitement pourrait avoir un effet bénéfique en retardant l’évolution virale ainsi que la taille des réservoirs, ce qui pourrait supporter une réponse immune mieux ciblée et potentiellement des stratégies immunothérapeutiques permettant d’éradiquer le virus. Nous avons également suivi 801 sujets infectés par des sous-types non-B sur le point de débuter un traitement antirétroviral. Bien que la majorité des sujets ait été à un stade avancé de la maladie, plus de 75% des individus ont obtenu une charge virale indétectable après 6 mois d’ARV, témoignant de l’efficacité comparable des ARV sur les sous-types non-B et B. Toutefois, contrairement aux virus de sous-type B, nous avons observé différentes voies moléculaires de résistance chez les sous type non-B, particulièrement chez les sous-types AGK/AK/K pour lesquels les voies de résistances étaient associées de façon prédominante aux TAM2. De plus, bien que la divergence entre les virus retrouvés chez les patients d’une même région soit faible, nos analyses phylogénétiques ont permis de conclure que ces mutations de résistance se sont produites de novo et non à partir d’un ancêtre commun porteur de résistance. Cependant, notre dernière étude au Mali nous a permis d’évaluer la résistance primaire à près de 10% et des études phylogénétiques seront effectuées afin d’évaluer la circulation de ces souches résistantes dans la population. Ces études suggèrent qu’un contrôle de la réplication virale par les ARV peut freiner la diversité du VIH et ainsi ouvrir la voie à un contrôle immunologique ciblé, utilisant de nouvelles stratégies vaccinales ou immunothérapeutiques. Toutefois, une thérapie antirétrovirale sous-optimale (adhérence, toxicité) peut conduire à l’échappement virologique en favorisant l’émergence et la dissémination de souches résistantes.

Étude de la résistance des sous-types non-B du VIH-1 aux antirétroviraux au Mali

Nous avons effectué ce travail afin d’évaluer l’impact d’une utilisation accrue des antirétroviraux (ARV) sur l’émergence de la résistance dans le cadre d’une cohorte de sujets infectés par le VIH-1, enrôlés au Mali pour recevoir la thérapie antirétrovirale. La première partie de ce travail a évalué la résistance primaire auprès de 101 sujets naïfs aux ARV. Cette étude a démontré que la majorité des sujets (71,3%) étaient infectés par le sous-type CRF02_AG. La prévalence de la résistance primaire était de 9,9%. Ce chiffre dépasse largement la moyenne de 5,5% observée dans les pays en développement et le seuil des 5% fixé par l’OMS dans le cadre de la surveillance de la résistance. Les mutations associées aux analogues de la thymidine ou « Thymidine-associated Mutations » (TAMs): M41L, D67N, L210W, T215A/Y, K219E liées à la résistance aux inhibiteurs nucléosidiques de la transcriptase inverse (INTI) ainsi que les mutations K103N, V108I, V179E et Y181C impliquées dans la résistance aux inhibiteurs non nucléosidiques de la transcriptase inverse (INNTI) étaient majoritairement observées. Ces mutations sont compatibles avec les régimes de traitement de première ligne utilisés au Mali, composés de stavudine/lamivudine/nevirapine. Nous n’avons pas trouvé de mutations majeures aux inhibiteurs de protéase (IP), probablement du fait que cette classe d’ARV est rarement utilisée au Mali. Cependant plusieurs polymorphismes au niveau du gène de la protéase, particulièrement L10I et L10V ont été observés à une fréquence très élevée (18,80%). Compte tenu de ces premiers résultats, une suite logique de ce travail était de savoir comment des souches de sous-type CRF02_AG évolueraient sous la pression de sélection des ARV. Nous avons abordé ces questions dans une étude de cohorte de 132 sujets infectés majoritairement avec le sous-type CRF02_AG débutant une thérapie de première ligne. Nos résultats suggèrent que la présence de mutation de résistance primaire pourrait avoir un effet sur l’efficacité du traitement. Par exemple, la présence d’une seule mutation INNTI avant traitement comme K103N ou V179E était suffisante pour mener à l’échec au traitement (charge virale supérieure à 400 copies/ml). Par ailleurs, nous avons effectué des expériences in vitro pour mieux évaluer l’impact du polymorphisme L10I/V chez le sous-type CRF02_AG. Il faut savoir que le rôle de ce polymorphisme reste incertain chez le sous-type CRF02_AG, car aucune étude in vitro n’avait été réalisée auparavant. Nos résultats indiquent chez le sous-type sauvage CRF02_AGwt_10L une légère augmentation de la concentration inhibitrice 50% (IC50) pour le darunavir, le lopinavir et le nelfinavir comparativement au sous-type de référence B HXB2_10L avec respectivement un « Fold Change » (FC) de 1,2, 1,3 et 1,5. Cette augmentation est plus importante pour le lopinavir avec un FC (1,3) très proche de son seuil biologique (1,6). Comparativement au type sauvage CRF02_AGwt_10L, nos deux mutants CRF02_AGL10I et CRF02_AGL10V ont démontré une légère augmentation d’IC50 pour l’indinavir (avec respectivement un FC de 1,3 et 1,2) et une diminution pour le lopinavir (avec respectivement un FC de 0,78 et 0,75). Toutes ces observations suggèrent que la mutation en position 10 pourrait avoir un impact chez le sous-type CRF02_AG. Toutefois, la signification clinique de ces observations doit être déterminée. En conclusion, nos résultats supportent d’une part la nécessité de renforcer la surveillance de la résistance aux ARV et d’autre part, il fournit des informations nécessaires à l’amélioration des stratégies thérapeutiques afin de prévenir les échecs aux traitements chez les sous-types non B, particulièrement le CRF02_AG.

Étude de l’évolution du tropisme et de la pression sélective exercée sur le gène de l’enveloppe du virus de l’immunodéficience humaine de type 1 au cours de la grossesse et à l’échelle de la population.

Introduction. Le VIH-1 évolue en fonction de la réponse immunitaire spécifique de l’hôte. La pression sélective exercée par la réponse immunitaire VIH-spécifique de l’hôte entraine l’évolution des gènes viraux et à terme détermine l’évolution de la maladie. Cette évolution du virus à l’échelle d’un individu façonne également l’évolution du virus à l’échelle de la population et détermine le devenir de l’épidémie. Le VIH utilise les corécepteurs d’entrée CCR5 (virus R5) et CXCR4 (virus X4) afin d’infecter la cellule cible, et l’évolution du tropisme du virus de R5 vers X4, appelé switch du tropisme, est associé à la progression de la maladie. Les virus R5 sont rencontrés en début d’infection tandis que les virus X4 apparaissent en fin de maladie chez un certain de nombre de patients et sont considérés comme plus virulents. La pression sélective immunitaire exercée sur le gène de l’enveloppe (env) peut donc entrainer l’évolution du tropisme du VIH. La grossesse est un état immunitaire particulier considéré comme étant principalement caractérisé par un biais Th2 nécessaire à l’établissement de la tolérance materno-fétale. Le switch de tropisme de R5 vers X4 en grossesse n’a jamais été documenté, de même que l’évolution des déterminants du tropisme à l’échelle de la population. Hypothèses. Les changements immunitaires associés à l’initiation et la progression de la grossesse engendrent des changements dans la pression immunitaire exercée sur l’enveloppe et peuvent favoriser le switch du tropisme. L’évolution du tropisme du VIH-1 peut être observé à l’échelle de la population au même titre que l’évolution de l’enveloppe virale. Objectifs. Analyser l’évolution du tropisme et décrire la pression sélective sur l’enveloppe des femmes enceintes infectées par le VIH-1. Analyser l’évolution des déterminants du tropisme à l’échelle de la population. Méthodes. Nous avons dans un premier temps analysé l’évolution des déterminants du tropisme et déterminé le génotype et phénotype du VIH-1 chez 19 femmes enceintes issues de la cohorte du centre maternel et infantile sur le SIDA de l’hôpital Sainte-Justine (CMIS). Nous avons ensuite caractérisé et comparé la pression sélective exercée sur env, par une méthode bayésienne, chez 31 femmes enceinte et 29 femmes non-enceintes. Enfin, nous avons analysé et comparé des déterminants du tropisme entre des séquences d’enveloppe contemporaines et anciennes, issues des bases de données du NCBI. Résultats. Nos résultats montrent la présence de virus X4 chez la moitié de notre cohorte, et un switch de tropisme de R5 vers X4 chez 5/19 sujets. Les séquences des femmes enceintes présentaient des taux de substitutions plus élevées que celles des femmes non-enceintes. La pression sélective dans la région C2 était plus faible chez les femmes enceintes que chez les femmes non-enceintes, et différait dans 4 positions entre ces 2 groupes. Cette sélection diminuait au cours de la grossesse chez les patientes traitées. Enfin, une accumulation de mutations X4 a été observée dans les séquences R5 contemporaines par rapport aux séquences R5 anciennes. Conclusion. Les changements immunitaires associés à la grossesse semblent induire des modifications subtiles dans la pression sélective exercée sur env, suffisant à influencer l’évolution du tropisme de R5 vers X4. Un switch du tropisme à l’échelle de la population impliquerait une épidémie évoluant vers une plus grande virulence du virus. Nos résultats sont d’importance en ce qui concerne la prophylaxie antirétrovirale pour la santé de la mère et la prévention de la transmission mère-enfant du VIH-1. Ils sont aussi importants concernant l’avenir de la thérapie antirétrovirale dans le contexte d’une épidémie évoluant vers une plus grande virulence