Cytotoxicity and potential antiviral evaluation of violacein produced by Chromobacterium violaceum

Natural products are an inexhaustible source of compounds with promising pharmacological activities including antiviral action. Violacein, the major pigment produced by Chromobacterium violaceum, has been shown to have antibiotic, antitumoral and anti-Trypanosoma cruzi activities. The goal of the present work was to evaluate the cytotoxicity of violacein and also its potential antiviral properties.The cytotoxicity of violacein was investigated by three methods: cell morphology evaluation by inverted light microscopy and cell viability tests using the Trypan blue dye exclusion method and the MTT assay. The cytotoxic concentration values which cause destruction in 50% of the monolayer cells (CC50) were different depending on the sensitivity of the method. CC50 values were > 2.07 ± 0.08 µM for FRhK-4 cells: > 2.23 ± 0.11 µM for Vero cells; > 2.54 ± 0.18 µM for MA104 cells; and > 2.70 ± 0.20 µM for HEp-2 cells. Violacein showed no cytopathic inhibition of the following viruses: herpes simplex virus type 1 (HSV-1) strain 29-R/acyclovir resistant, hepatitis A virus (strains HM175 and HAF-203) and adenovirus type 5 nor did it show any antiviral activity in the MTT assay. However violacein did show a weak inhibition of viral replication: 1.42 ± 0.68%, 14.48 ± 5.06% and 21.47 ± 3.74% for HSV-1 (strain KOS); 5.96 ± 2.51%, 8.75 ± 3.08% and 17.75 ± 5.19% for HSV-1 (strain ATCC/VR-733); 5.13 ± 2.38 %, 8.18 ± 1.11% and 8.51 ± 1.94% for poliovirus type 2; 8.30 ± 4.24%; 13.33 ± 4.66% and 24.27 ± 2.18% for simian rotavirus SA11, at 0.312, 0.625 and 1.250 mM, respectively, when measured by the MTT assay.

Antiretroviral activity of ancestral TRIM5alpha.

The antiretroviral protein TRIM5alpha is known to have evolved different restriction capacities against various retroviruses, driven by positive Darwinian selection. However, how these different specificities have evolved in the primate lineages is not fully understood. Here we used ancestral protein resurrection to estimate the evolution of antiviral restriction specificities of TRIM5alpha on the primate lineage leading to humans. We used TRIM5alpha coding sequences from 24 primates for the reconstruction of ancestral TRIM5alpha sequences using maximum-likelihood and Bayesian approaches. Ancestral sequences were transduced into HeLa and CRFK cells. Stable cell lines were generated and used to test restriction of a panel of extant retroviruses (human immunodeficiency virus type 1 [HIV-1] and HIV-2, simian immunodeficiency virus [SIV] variants SIV(mac) and SIV(agm), and murine leukemia virus [MLV] variants N-MLV and B-MLV). The resurrected TRIM5alpha variant from the common ancestor of Old World primates (Old World monkeys and apes, approximately 25 million years before present) was effective against present day HIV-1. In contrast to the HIV-1 restriction pattern, we show that the restriction efficacy against other retroviruses, such as a murine oncoretrovirus (N-MLV), is higher for more recent resurrected hominoid variants. Ancestral TRIM5alpha variants have generally limited efficacy against HIV-2, SIV(agm), and SIV(mac). Our study sheds new light on the evolution of the intrinsic antiviral defense machinery and illustrates the utility of functional evolutionary reconstruction for characterizing recently emerged protein differences.

HLA-C cell surface expression and control of HIV/AIDS correlate with a variant upstream of HLA-C.

A variant 35 kb upstream of the HLA-C gene (-35C/T) was previously shown to associate with HLA-C mRNA expression level and steady-state plasma HIV RNA levels. We genotyped this variant in 1,698 patients of European ancestry with HIV. Individuals with known seroconversion dates were used for disease progression analysis and those with longitudinal viral load data were used for viral load analysis. We further tested cell surface expression of HLA-C in normal donors using an HLA-C-specific antibody. We show that the -35C allele is a proxy for high HLA-C cell surface expression, and that individuals with high-expressing HLA-C alleles progress more slowly to AIDS and control viremia significantly better than individuals with low HLA-C expressing alleles. These data strongly implicate high HLA-C expression levels in more effective control of HIV-1, potentially through better antigen presentation to cytotoxic T lymphocytes or recognition and killing of infected cells by natural killer cells.

Pharmacogenomics of HIV Therapy: Summary of a Workshop Sponsored by the National Institute of Allergy and Infectious Diseases

Approximately 1 million people in the United States and over 30 million worldwide are living with human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1). While mortality from untreated infection approaches 100%, survival improves markedly with use of contemporary antiretroviral therapies (ART). In the United States, 25 drugs are approved for treating HIV-1, and increasing numbers are available in resource-limited countries. Safe and effective ART is a cornerstone in the global struggle against the acquired immunodeficiency syndrome. Variable responses to ART are due at least in part to human genetic variants that affect drug metabolism, drug disposition, and off-site drug targets. Defining effects of human genetic variants on HIV treatment toxicity, efficacy, and pharmacokinetics has far-reaching implications. In 2010, the National Institute of Allergy and Infectious Diseases sponsored a workshop entitled, Pharmacogenomics A Path Towards Personalized HIV Care. This article summarizes workshop objectives, presentations, discussions, and recommendations derived from this meeting.

Durability and outcome of initial antiretroviral treatments received during 2000--2005 by patients in the Swiss HIV Cohort Study.

BACKGROUND: Little is known about time trends, predictors, and consequences of changes made to antiretroviral therapy (ART) regimens early after patients initially start treatment. METHODS: We compared the incidence of, reasons for, and predictors of treatment change within 1 year after starting combination ART (cART), as well as virological and immunological outcomes at 1 year, among 1866 patients from the Swiss HIV Cohort Study who initiated cART during 2000--2001, 2002--2003, or 2004--2005. RESULTS: The durability of initial regimens did not improve over time (P = .15): 48.8% of 625 patients during 2000--2001, 43.8% of 607 during 2002--2003, and 44.3% of 634 during 2004--2005 changed cART within 1 year; reasons for change included intolerance (51.1% of all patients), patient wish (15.4%), physician decision (14.8%), and virological failure (7.1%). An increased probability of treatment change was associated with larger CD4+ cell counts, larger human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) RNA loads, and receipt of regimens that contained stavudine or indinavir/ritonavir, but a decreased probability was associated with receipt of regimens that contained tenofovir. Treatment discontinuation was associated with larger CD4+ cell counts, current use of injection drugs, and receipt of regimens that contained nevirapine. One-year outcomes improved between 2000--2001 and 2004--2005: 84.5% and 92.7% of patients, respectively, reached HIV-1 RNA loads of <50 copies/mL and achieved median increases in CD4+ cell counts of 157.5 and 197.5 cells/microL, respectively (P < .001 for all comparisons). CONCLUSIONS: Virological and immunological outcomes of initial treatments improved between 2000--2001 and 2004--2005, irrespective of uniformly high rates of early changes in treatment across the 3 study intervals.

Critical role for the chemokine receptor CXCR6 in NK cell-mediated antigen-specific memory of haptens and viruses.

Hepatic natural killer (NK) cells mediate antigen-specific contact hypersensitivity (CHS) in mice deficient in T cells and B cells. We report here that hepatic NK cells, but not splenic or naive NK cells, also developed specific memory of vaccines containing antigens from influenza, vesicular stomatitis virus (VSV) or human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1). Adoptive transfer of virus-sensitized NK cells into naive recipient mice enhanced the survival of the mice after lethal challenge with the sensitizing virus but not after lethal challenge with a different virus. NK cell memory of haptens and viruses depended on CXCR6, a chemokine receptor on hepatic NK cells that was required for the persistence of memory NK cells but not for antigen recognition. Thus, hepatic NK cells can develop adaptive immunity to structurally diverse antigens, an activity that requires NK cell-expressed CXCR6.

Homology-based identification of capsid determinants that protect HIV1 from human TRIM5{alpha} restriction.

The tropism of retroviruses relies on their ability to exploit cellular factors for their replication as well as to avoid host-encoded inhibitory activities such as TRIM5α. N-tropic murine leukemia virus (MLV) is sensitive to human TRIM5α restriction, whereas human immunodeficiency virus type 1 (HIV1) escapes this antiviral factor. We showed previously that mutation of four critical amino acid residues within the capsid (CA) can render MLV resistant to huTRIM5α. Here, we exploit the high degree of conservation in the tertiary structure of retroviral capsids to map the corresponding positions on the HIV1 capsid. We then demonstrate that, by introducing changes at some of these positions, HIV1 becomes sensitive to huTRIM5α restriction, a phenomenon reinforced by additionally mutating the nearby cyclophilin A (CypA)-binding loop of the viral protein. These results indicate that retroviruses have evolved similar mechanisms to escape TRIM5α restriction, via the interference of structurally homologous determinants in the viral capsid.

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.

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.

Innate and Adaptive Immunity in Orolabial Herpes Simplex

Oral mucosa is a frequent site of primary herpes simplex virus type 1 (HSV-1) infection, whereas intraoral recurrent disease is very rare. Instead, reactivation from latency predominantly results in asymptomatic HSV shedding to saliva or recurrent labial herpes (RLH) with highly individual frequency. The current study aimed to elucidate the role of human oral innate and acquired immune mechanisms in modulation of HSV infection in orolabial region. Saliva was found to neutralize HSV-1, and to protect cells from infection independently of salivary antibodies. Neutralization capacity was higher in saliva from asymptomatic HSV-seropositive individuals compared to subjects with history of RLH or seronegative controls. Neutralization was at least partially associated with salivary lactoferrin content. Further, lactoferrin and peroxidase-generated hypothiocyanite were found to either neutralize HSV-1 or interfere with HSV-1 replication, whereas lysozyme displayed no anti-HSV-1 activity. Lactoferrin was also shown to modulate HSV-1 infection by inhibiting keratinocyte proliferation. RLH susceptibility was further found to be associated with Th2 biased cytokine responses against HSV, and a higher level of anti- HSV-IgG with Th2 polarization, indicating lack of efficiency of humoral response in the control of HSV disease. In a three-dimensional cell culture, keratinocytes were found to support both lytic and nonproductive infection, suggesting HSV persistence in epithelial cells, and further emphasizing the importance of peripheral immune control of HSV. These results suggest that certain innate salivary antimicrobial compounds and Th1 type cellular responses are critically important in protecting the host against HSV disease, implying possible applications in drug, vaccine and gene therapy design.

Antioxidant and antiviral properties of Pseudopiptadenia contorta (Leguminosae) and of quebracho (Schinopsis sp.) extracts

Proanthocyanidins from P. contorta leaves and from a commercial quebracho extract were isolated and characterized. Flavonoids, catechins and gallic acid were also identified in the extracts of P. contorta. Compounds were evaluated for their antioxidant properties and for their antiviral activity against an acyclovir-resistant herpes simplex virus type 1 strain. The low molecular weight phenolic derivatives and the proanthocyanidins from P. contorta showed the highest antioxidant activity. Purified proanthocyanidins from both P. contorta and quebracho showed the same maximum non toxic concentrations (25 µg/mL), with 82.2% and 100% of virus inhibition, respectively.

Interstitial nephritis of slaughtered pigs in the State of Mato Grosso, Brazil

This study evaluated histological lesions in kidney samples from pigs with nephritis in two slaughterhouses in the State of Mato Grosso, Brazil. Four hundred samples were subjected to histology, anti-porcine circovirus type 2 (PCV2) immunohistochemistry (IHC), anti-Leptospira sp. immunofluorescence (IF), and polymerase chain reaction (PCR) for PCV2, porcine parvovirus (PPV), and Torque teno virus type 1 and 2 (TTV1, TTV2) detection. Histological lesions were found in 81% of the samples, and mononuclear interstitial nephritis was the most frequent lesion (77.50%). A follicular pattern was observed in 40.97% of the interstitial nephritis lesions. PCV2, PPV, TTV1, and TTV2 were identified in the kidneys by PCR in 27.25%, 28.50%, 94%, and 87.5% of the samples, respectively. Leptospira sp. was not detected through IF. Infection by PCV2 (PCR) and the presence of histological lesions (P=0.008) and giant cells (P=0.0016) were significantly associated. An association was observed between the TTV2-TTV1 co-infection (P<0.0001) and the risk for pathogenesis. These findings indicated that PCV2, PPV, TTV1, and TTV2 were widely distributed among pigs in the local farms and that the presence of these agents should be considered in the differential diagnosis of kidneys with interstitial nephritis in pigs.

Severity score system for progressive myelopathy: development and validation of a new clinical scale

Progressive myelopathies can be secondary to inborn errors of metabolism (IEM) such as mucopolysaccharidosis, mucolipidosis, and adrenomyeloneuropathy. The available scale, Japanese Orthopaedic Association (JOA) score, was validated only for degenerative vertebral diseases. Our objective is to propose and validate a new scale addressing progressive myelopathies and to present validating data for JOA in these diseases. A new scale, Severity Score System for Progressive Myelopathy (SSPROM), covering motor disability, sphincter dysfunction, spasticity, and sensory losses. Inter- and intra-rater reliabilities were measured. External validation was tested by applying JOA, the Expanded Disability Status Scale (EDSS), the Barthel index, and the Osame Motor Disability Score. Thirty-eight patients, 17 with adrenomyeloneuropathy, 3 with mucopolysaccharidosis I, 3 with mucopolysaccharidosis IV, 2 with mucopolysaccharidosis VI, 2 with mucolipidosis, and 11 with human T-cell lymphotropic virus type-1 (HTLV-1)-associated myelopathy participated in the study. The mean ± SD SSPROM and JOA scores were 74.6 ± 11.4 and 12.4 ± 2.3, respectively. Construct validity for SSPROM (JOA: r = 0.84, P < 0.0001; EDSS: r = -0.83, P < 0.0001; Barthel: r = 0.56, P < 0.002; Osame: r = -0.94, P < 0.0001) and reliability (intra-rater: r = 0.83, P < 0.0001; inter-rater: r = 0.94, P < 0.0001) were demonstrated. The metric properties of JOA were similar to those found in SSPROM. Several clinimetric requirements were met for both SSPROM and JOA scales. Since SSPROM has a wider range, it should be useful for follow-up studies on IEM myelopathies.

Les cadres de lectures alternatifs : une approche non-conventionnelle pour le développement de vecteurs vaccinaux

Introduction: Les cadres de lectures alternatifs (CLA) sont utilisés par de multiples virus afin de générer plusieurs protéines à partir d'une seule séquence nucléotidique. Les épitopes dits « cryptiques », c’est-à-dire les épitopes dérivés de protéines codées dans des CLAs, ont étés dernièrement l’objet de différentes études portant sur la réponse immunitaire antivirale et les lymphocytes T cytotoxiques. Méthodologie: Afin de vérifier le potentiel immunogène d'épitopes encodés dans des CLAs programmés, trois cassettes ont été construites pour mener à l'expression de trois épitopes bien caractérisés (épitope GAG77–85 du virus de l'immunodéficience humaine de type 1; épitope NS31406-1415 du virus de l'hépatite C; épitope core18-27 du virus de l'hépatite B) à partir de trois cadres de lectures superposés. La première cassette permet une initiation alternative de la traduction, la deuxième comprend deux signaux bipartites en tandem permettant un frameshift ribosomique et la troisième est une cassette contrôle. Ces éléments ont été introduits dans des vecteurs adénoviraux. Les virions générés ont servi à immuniser des souris C57BL/6 transgéniques pour HLA-A*0201 et HLA-DR1. La réponse immunitaire induite une semaine post-immunisation a été mesurée par essai ELISpot IFN . Résultats: Dans le contexte de cassettes vaccinales, les peptides dérivés d'une initiation alternative de traduction et de changement de cadre de lecture ribosomique ribosomal peuvent être exprimés et détectés par le système immunitaire dans un modèle animal. Conclusion: Ces expériences suggèrent la possibilité de développer de nouvelles stratégies vaccinales dans le but de prévenir ou de guérir certaines maladies associées aux infections virales chroniques telles que celles causées par le virus de l’immunodéficience humaine et le virus de l’hépatite C.

Molecular characterization of the contribution of autophagy to antigen presentation using quantitative proteomics

L’autophagie est une voie hautement conservée de dégradation lysosomale des constituants cellulaires qui est essentiel à l’homéostasie cellulaire et contribue à l’apprêtement et à la présentation des antigènes. Les rôles relativement récents de l'autophagie dans l'immunité innée et acquise sous-tendent de nouveaux paradigmes immunologiques pouvant faciliter le développement de nouvelles thérapies où la dérégulation de l’autophagie est associée à des maladies auto-immunes. Cependant, l'étude in vivo de la réponse autophagique est difficile en raison du nombre limité de méthodes d'analyse pouvant fournir une définition dynamique des protéines clés impliquées dans cette voie. En conséquence, nous avons développé un programme de recherche en protéomique intégrée afin d’identifier et de quantifier les proteines associées à l'autophagie et de déterminer les mécanismes moléculaires régissant les fonctions de l’autophagosome dans la présentation antigénique en utilisant une approche de biologie des systèmes. Pour étudier comment l'autophagie et la présentation antigénique sont activement régulés dans les macrophages, nous avons d'abord procédé à une étude protéomique à grande échelle sous différentes conditions connues pour stimuler l'autophagie, tels l’activation par les cytokines et l’infection virale. La cytokine tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha) est l'une des principales cytokines pro-inflammatoires qui intervient dans les réactions locales et systémiques afin de développer une réponse immune adaptative. La protéomique quantitative d'extraits membranaires de macrophages contrôles et stimulés avec le TNF-alpha a révélé que l'activation des macrophages a entrainé la dégradation de protéines mitochondriales et des changements d’abondance de plusieurs protéines impliquées dans le trafic vésiculaire et la réponse immunitaire. Nous avons constaté que la dégradation des protéines mitochondriales était sous le contrôle de la voie ATG5, et était spécifique au TNF-alpha. En outre, l’utilisation d’un nouveau système de présentation antigènique, nous a permi de constater que l'induction de la mitophagie par le TNF-alpha a entrainée l’apprêtement et la présentation d’antigènes mitochondriaux par des molécules du CMH de classe I, contribuant ainsi la variation du répertoire immunopeptidomique à la surface cellulaire. Ces résultats mettent en évidence un rôle insoupçonné du TNF-alpha dans la mitophagie et permet une meilleure compréhension des mécanismes responsables de la présentation d’auto-antigènes par les molécules du CMH de classe I. Une interaction complexe existe également entre infection virale et l'autophagie. Récemment, notre laboratoire a fourni une première preuve suggérant que la macroautophagie peut contribuer à la présentation de protéines virales par les molécules du CMH de classe I lors de l’infection virale par l'herpès simplex virus de type 1 (HSV-1). Le virus HSV1 fait parti des virus humains les plus complexes et les plus répandues. Bien que la composition des particules virales a été étudiée précédemment, on connaît moins bien l'expression de l'ensemble du protéome viral lors de l’infection des cellules hôtes. Afin de caractériser les changements dynamiques de l’expression des protéines virales lors de l’infection, nous avons analysé par LC-MS/MS le protéome du HSV1 dans les macrophages infectés. Ces analyses nous ont permis d’identifier un total de 67 protéines virales structurales et non structurales (82% du protéome HSV1) en utilisant le spectromètre de masse LTQ-Orbitrap. Nous avons également identifié 90 nouveaux sites de phosphorylation et de dix nouveaux sites d’ubiquitylation sur différentes protéines virales. Suite à l’ubiquitylation, les protéines virales peuvent se localiser au noyau ou participer à des événements de fusion avec la membrane nucléaire, suggérant ainsi que cette modification pourrait influer le trafic vésiculaire des protéines virales. Le traitement avec des inhibiteurs de la réplication de l'ADN induit des changements sur l'abondance et la modification des protéines virales, mettant en évidence l'interdépendance des protéines virales au cours du cycle de vie du virus. Compte tenu de l'importance de la dynamique d'expression, de l’ubiquitylation et la phosphorylation sur la fonction des proteines virales, ces résultats ouvriront la voie vers de nouvelles études sur la biologie des virus de l'herpès. Fait intéressant, l'infection HSV1 dans les macrophages déclenche une nouvelle forme d'autophagie qui diffère remarquablement de la macroautophagie. Ce processus, appelé autophagie associée à l’enveloppe nucléaire (nuclear envelope derived autophagy, NEDA), conduit à la formation de vésicules membranaires contenant 4 couches lipidiques provenant de l'enveloppe nucléaire où on retrouve une grande proportion de certaines protéines virales, telle la glycoprotéine B. Les mécanismes régissant NEDA et leur importance lors de l’infection virale sont encore méconnus. En utilisant un essai de présentation antigénique, nous avons pu montrer que la voie NEDA est indépendante d’ATG5 et participe à l’apprêtement et la présentation d’antigènes viraux par le CMH de classe I. Pour comprendre l'implication de NEDA dans la présentation des antigènes, il est essentiel de caractériser le protéome des autophagosomes isolés à partir de macrophages infectés par HSV1. Aussi, nous avons développé une nouvelle approche de fractionnement basé sur l’isolation de lysosomes chargés de billes de latex, nous permettant ainsi d’obtenir des extraits cellulaires enrichis en autophagosomes. Le transfert des antigènes HSV1 dans les autophagosomes a été determine par protéomique quantitative. Les protéines provenant de l’enveloppe nucléaire ont été préférentiellement transférées dans les autophagosome lors de l'infection des macrophages par le HSV1. Les analyses protéomiques d’autophagosomes impliquant NEDA ou la macroautophagie ont permis de decouvrir des mécanismes jouant un rôle clé dans l’immunodominance de la glycoprotéine B lors de l'infection HSV1. Ces analyses ont également révélées que diverses voies autophagiques peuvent être induites pour favoriser la capture sélective de protéines virales, façonnant de façon dynamique la nature de la réponse immunitaire lors d'une infection. En conclusion, l'application des méthodes de protéomique quantitative a joué un rôle clé dans l'identification et la quantification des protéines ayant des rôles importants dans la régulation de l'autophagie chez les macrophages, et nous a permis d'identifier les changements qui se produisent lors de la formation des autophagosomes lors de maladies inflammatoires ou d’infection virale. En outre, notre approche de biologie des systèmes, qui combine la protéomique quantitative basée sur la spectrométrie de masse avec des essais fonctionnels tels la présentation antigénique, nous a permis d’acquérir de nouvelles connaissances sur les mécanismes moléculaires régissant les fonctions de l'autophagie lors de la présentation antigénique. Une meilleure compréhension de ces mécanismes permettra de réduire les effets nuisibles de l'immunodominance suite à l'infection virale ou lors du développement du cancer en mettant en place une réponse immunitaire appropriée.