Complement factor C4 and immunoglobulins in recurrent or chronic mucosal infections

The study assessed whether plasma concentrations of complement factors C3, C4, or immunoglobulins, serum classical pathway hemolytyic activity, or polymorphisms in the class I and II HLA genes, isotypes and gene numbers of C4, or allotypes of IgG1 and IgG3 heavy chain genes were associated with severe frequently recurring or chronic mucosal infections. According to strict clinical criteria, 188 consecutive voluntary patients without a known immunodeficiency and 198 control subjects were recruited. Frequencies of low levels in IgG1, IgG2, IgG3 and IgG4 were for the first time tested from adult general population and patients with acute rhinosinusitis. Frequently recurring intraoral herpes simplex type 1 infections, a rare form of the disease, was associated with homozygosity in HLA -A*, -B*, -C*, and -DR* genes. Frequently recurrent genital HSV-2 infections were associated with low levels of IgG1 and IgG3, present in 54% of the recruited patients. This association was partly allotype-dependent. The G3mg,G1ma/ax haplotype, together with low IgG3, was more common in patients than in control subjects who lacked antibodies against herpes simplex viruses. This is the first found immunogenetic deficiency in otherwise healthy adults that predisposes to highly frequent mucosal herpes recurrences. According to previous studies, HSV effectively evades the allotype G1ma/ax of IgG1, whereas G3mg is associated with low IgG3. Certain HLA genes were more common in patients than in control subjects. Having more than one C4A or C4B gene was associated with neuralgias caused by the virus. Low levels of IgA, IgG1, IgG2, IgG3, and IgG4 were common in the general adult population, but even more frequent in patients with chronic sinusitis. Only low IgG1 was more common chronic than in acute rhinosinusitis. Clinically, nasal polyposis and bronchial asthma were associated with complicated disease forms. The best differentiating immunologic parameters were C4A deficiency and the combination of low plasma IgG4 together with low IgG1 or IgG2, performing almost equally. The lack of C4A, IgA, and IgG4, all known to possess anti-inflammatory activity, together with a concurrently impaired immunity caused by low subclass levels, may predispose to chronic disease forms. In severe chronic adult periodontitis, any C4A or C4B deficiency combined was associated with the disease. The new quantitative analysis of C4 genes and the conventional C4 allotyping method complemented each other. Lowered levels of plasma C3 or C4 or both, and serum CH50 were found in herpes and periodontitis patients. In rhinosinusitis, there was a linear trend with the highest levels found in the order: acute > chronic rhinosinusitis > general population > blood donors with no self-reported history of rhinosinusitis. Complement is involved in the defense against the tested mucosal infections. Seemingly immunocompetent patients with chronic or recurrent mucosal infections frequently have subtle weaknesses in different arms of immunity. Their susceptibility to chronic disease forms may be caused by these. Host s subtly impaired immunity often coincides with effective immune evasion from the same arms of immunity by the disease-causing pathogens. The interpretation of low subclass levels, if no additional predisposing immunologic factors are tested, is difficult and of limited value in early diagnosis and treatment.

Brain imaging of chronic pain

Acute pain has substantial survival value because of its protective function in the everyday environment. Instead, chronic pain lacks survival and adaptive function, causes great amount of individual suffering, and consumes the resources of the society due to the treatment costs and loss of production. The treatment of chronic pain has remained challenging because of inadequate understanding of mechanisms working at different levels of the nervous system in the development, modulation, and maintenance of chronic pain. Especially in unclear chronic pain conditions the treatment may be suboptimal because it can not be targeted to the underlying mechanisms. Noninvasive neuroimaging techniques have greatly contributed to our understanding of brain activity associated with pain in healthy individuals. Many previous studies, focusing on brain activations to acute experimental pain in healthy individuals, have consistently demonstrated a widely-distributed network of brain regions that participate in the processing of acute pain. The aim of the present thesis was to employ non-invasive brain imaging to better understand the brain mechanisms in patients suffering from chronic pain. In Study I, we used magnetoencephalography (MEG) to measure cortical responses to painful laser stimulation in healthy individuals for optimization of the stimulus parameters for patient studies. In Studies II and III, we monitored with MEG the cortical processing of touch and acute pain in patients with complex regional pain syndrome (CRPS). We found persisting plastic changes in the hand representation area of the primary somatosensory (SI) cortex, suggesting that chronic pain causes cortical reorganization. Responses in the posterior parietal cortex to both tactile and painful laser stimulation were attenuated, which could be associated with neglect-like symptoms of the patients. The primary motor cortex reactivity to acute pain was reduced in patients who had stronger spontaneous pain and weaker grip strength in the painful hand. The tight coupling between spontaneous pain and motor dysfunction supports the idea that motor rehabilitation is important in CRPS. In Studies IV and V we used MEG and functional magnetic resonance imaging (fMRI) to investigate the central processing of touch and acute pain in patients who suffered from recurrent herpes simplex virus infections and from chronic widespread pain in one side of the body. With MEG, we found plastic changes in the SI cortex, suggesting that many different types of chronic pain may be associated with similar cortical reorganization. With fMRI, we found functional and morphological changes in the central pain circuitry, as an indication of central contribution for the pain. These results show that chronic pain is associated with morphological and functional changes in the brain, and that such changes can be measured with functional imaging.

Enhancement of the anti-herpetic effect of trichosanthin by acyclovir and interferon

Trichosanthin (TCS) is a type I ribosome-inactivating protein that has a wide range of pharmacological activities. The present study investigated the effectiveness of TCS on herpes simplex virus (HSV-1). The anti-viral activity and toxicity of TCS on Vero

In vitro anti-HIV and -HSV activity and safety of sodium rutin sulfate as a microbicide candidate

Sodium rutin sulfate (SRS) is a sulfated rutin modified from the natural flavonol glycoside rutin. Here, we investigated its in vitro anti-HIV and -HSV activities and its cytotoxic profile. Fifty percent inhibitory concentration (IC50) values of SRS against HIV-1 X4 virus IIIB, HIV-1 R5 isolates Ada-M and Ba-L were 2.3 +/- 0.2, 4.5 +/- 2.0 and 8.5 +/- 3.8 mu M with a selectivity index (SI) of 563, 575 and 329, respectively. Its IC50 against primary R5 HIV-1 isolate from Yunnan province in China was 13.1 +/- 5.5 mu M, with a Sl of 197. In contrast, unsulfated rutin had no activity against any of the HIV-1 isolates tested. Further study indicated that SRS blocked viral entry and virus-cell fusion likely through interacting with the HIV- I envelope glycoprotein. SRS also demonstrated some activity against human herpes simplex virus (HSV) with an IC50 of 88.3 +/- 0.1 mu M and a Sl of 30. The 50% cytotoxicity concentration (CC50) of SRS was >3.0 mM, as determined in human genital ME 180, HeLa and primary human foreskin fibroblast cells. Minimum inhibitory concentration of SRS for vaginal lactobacilli was >3.0 mM. These results collectively indicate that SRS represents a novel candidate for anti-HIV-1/HSV microbicide development. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Development of a positive-negative selection procedure for gene targeting in fish cells

The gene targeting technique is a powerful tool for analyzing functions of cloned genes and for generating transgenic animals with site-directed integration of foreign genes. In order to develop this technique in fish, positive-negative selection (PNS) and homologous recombination vectors were constructed, and their expression was examined in fish cells. A vector (pNK) for PNS consists of the neomycin resistance gene (neo) as a positive selectable marker gene and the herpes simplex virus (HSV) thymidine kinase (tk) gene as a negative selectable marker gene. Positive selection with geneticin (G418) of epithelioma papulosum of carp (EPC) cells transfected with linearized pNK vector yielded 350 colonies, while double selection of transfected EPC cells with G418 and gancyclovir (Gc) resulted in nearly complete cell death, demonstrating that the PNS procedure is effective in fish cells. Homologous recombination vectors consist of the Xiphophorus melanoma receptor kinase (X mrk(Y)) gene as homologous sequence in addition to the neo and tk genes. Conditions for homologous recombination vector transfection and drug selection were established. After verification of the feasibility of expression of homologous recombination vectors in EPC cells, the first gene targeting experiments were attempted in the Xiphophorus melanoma cell line, PSM. Positive-negative selection of the targeting vector-transfectants led to a low enrichment in this particular cell line. The reasons for the low enrichment in PSM cells were discussed. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

An evaluation of reovirus as an effective therapeutic for cancer

Cancer is a global problem. Despite the significant advances made in recent years, a definitively effective therapeutic has yet to be developed. Oncolytic virology has fallen back into favour for the treatment of cancer with several viruses and viral vectors currently under investigation including vesicular stomatitis virus (VSV), adenovirus vectors and herpes simplex virus (HSV) vectors. Reovirus has an advantage over many viral vectors in that its wild-type form is non-pathogenic and will selectively infect transformed cells, particularly those mutated in the Ras pathway. These advantages make Reovirus an ideal candidate as a safe and non-toxic therapeutic. The aim of the first part of this study was to determine the effect, if any, of Reovirus on cell lines derived from cancers of the gastrointestinal tract. These cancers, particularly those of the oesophagus and stomach, have extremely poor prognoses and little improvement has been seen in survival of these patients in recent years. Reovirus as a single therapy showed promising results in cell lines of oesophageal, gastric and colorectal origin. Further study of partially resistant cell lines using a combination of Reovirus and conventional therapies, either chemotherapy or radiation, showed that a multi-modal approach to therapy is possible with Reovirus and no antagonism between Reovirus and other treatments was observed. The second part of this study focused on investigating a novel use of Reovirus in an in vivo setting. Cancer vaccination or the use of vaccines in cancer therapy is gaining momentum and success has been seen both in a prophylactic approach and a therapeutic approach. A cell-based Reovirus vaccine was used in both these approaches with encouraging success. When used as a prophylactic vaccine tumour development was subsequently inhibited even upon exposure to a tumorigenic dose of cells. The use of the cell-based Reovirus vaccine as a therapeutic for established tumours showed significant delay in tumour growth and a prolongation of survival in all models. This study has proven that Reovirus is an effective therapeutic in a range of cancers and the successful use of a cell-based Reovirus vaccine leads the way for new advancements in cancer immunotherapy.

Computational identification of self-inhibitory peptides from envelope proteins

Fusion process is known to be the initial step of viral infection and hence targeting the entry process is a promising strategy to design antiviral therapy. The self-inhibitory peptides derived from the enveloped (E) proteins function to inhibit the proteinprotein interactions in the membrane fusion step mediated by the viral E protein. Thus, they have the potential to be developed into effective antiviral therapy. Herein, we have developed a Monte Carlo-based computational method with the aim to identify and optimize potential peptide hits from the E proteins. The stability of the peptides, which indicates their potential to bind in situ to the E proteins, was evaluated by two different scoring functions, dipolar distance-scaled, finite, ideal-gas reference state and residue-specific all-atom probability discriminatory function. The method was applied to a-helical Class I HIV-1 gp41, beta-sheet Class II Dengue virus (DENV) type 2 E proteins, as well as Class III Herpes Simplex virus-1 (HSV-1) glycoprotein, a E protein with a mixture of a-helix and beta-sheet structural fold. The peptide hits identified are in line with the druggable regions where the self-inhibitory peptide inhibitors for the three classes of viral fusion proteins were derived. Several novel peptides were identified from either the hydrophobic regions or the functionally important regions on Class II DENV-2 E protein and Class III HSV-1 gB. They have potential to disrupt the proteinprotein interaction in the fusion process and may serve as starting points for the development of novel inhibitors for viral E proteins. 

Development of metabolic labeling strategies to study changes in protein expression

Résumé : Les progrès techniques de la spectrométrie de masse (MS) ont contribué au récent développement de la protéomique. Cette technique peut actuellement détecter, identifier et quantifier des milliers de protéines. Toutefois, elle n'est pas encore assez puissante pour fournir une analyse complète des modifications du protéome corrélées à des phénomènes biologiques. Notre objectif était le développement d'une nouvelle stratégie pour la détection spécifique et la quantification des variations du protéome, basée sur la mesure de la synthèse des protéines plutôt que sur celle de la quantité de protéines totale. Pour cela, nous volions associer le marquage pulsé des protéines par des isotopes stables avec une méthode d'acquisition MS basée sur le balayage des ions précurseurs (precursor ion scan, ou PIS), afin de détecter spécifiquement les protéines ayant intégré les isotopes et d'estimer leur abondance par rapport aux protéines non marquées. Une telle approche peut identifier les protéines avec les plus hauts taux de synthèse dans une période de temps donnée, y compris les protéines dont l'expression augmente spécifiquement suite à un événement précis. Nous avons tout d'abord testé différents acides aminés marqués en combinaison avec des méthodes PIS spécifiques. Ces essais ont permis la détection spécifique des protéines marquées. Cependant, en raison des limitations instrumentales du spectromètre de masse utilisé pour les méthodes PIS, la sensibilité de cette approche s'est révélée être inférieure à une analyse non ciblée réalisée sur un instrument plus récent (Chapitre 2.1). Toutefois, pour l'analyse différentielle de deux milieux de culture conditionnés par des cellules cancéreuses humaines, nous avons utilisé le marquage métabolique pour distinguer les protéines d'origine cellulaire des protéines non marquées du sérum présentes dans les milieux de culture (Chapitre 2.2). Parallèlement, nous avons développé une nouvelle méthode de quantification nommée IBIS, qui utilise des paires d'isotopes stables d'acides aminés capables de produire des ions spécifiques qui peuvent être utilisés pour la quantification relative. La méthode IBIS a été appliquée à l'analyse de deux lignées cellulaires cancéreuses complètement marquées, mais de manière différenciée, par des paires d'acides aminés (Chapitre 2.3). Ensuite, conformément à l'objectif initial de cette thèse, nous avons utilisé une variante pulsée de l'IBIS pour détecter des modifications du protéome dans des cellules HeLa infectée par le virus humain Herpes Simplex-1 (Chapitre 2.4). Ce virus réprime la synthèse des protéines des cellules hôtes afin d'exploiter leur mécanisme de traduction pour la production massive de virions. Comme prévu, de hauts taux de synthèse ont été mesurés pour les protéines virales détectées, attestant de leur haut niveau d'expression. Nous avons de plus identifié un certain nombre de protéines humaines dont le rapport de synthèse et de dégradation (S/D) a été modifié par l'infection virale, ce qui peut donner des indications sur les stratégies utilisées par les virus pour détourner la machinerie cellulaire. En conclusion, nous avons montré dans ce travail que le marquage métabolique peut être employé de façon non conventionnelle pour étudier des dimensions peu explorées en protéomique. Summary : In recent years major technical advancements greatly supported the development of mass spectrometry (MS)-based proteomics. Currently, this technique can efficiently detect, identify and quantify thousands of proteins. However, it is not yet sufficiently powerful to provide a comprehensive analysis of the proteome changes correlated with biological phenomena. The aim of our project was the development of ~a new strategy for the specific detection and quantification of proteomé variations based on measurements of protein synthesis rather than total protein amounts. The rationale for this approach was that changes in protein synthesis more closely reflect dynamic cellular responses than changes in total protein concentrations. Our starting idea was to couple "pulsed" stable-isotope labeling of proteins with a specific MS acquisition method based on precursor ion scan (PIS), to specifically detect proteins that incorporated the label and to simultaneously estimate their abundance, relative to the unlabeled protein isoform. Such approach could highlight proteins with the highest synthesis rate in a given time frame, including proteins specifically up-regulated by a given biological stimulus. As a first step, we tested different isotope-labeled amino acids in combination with dedicated PIS methods and showed that this leads to specific detection of labeled proteins. Sensitivity, however, turned out to be lower than an untargeted analysis run on a more recent instrument, due to MS hardware limitations (Chapter 2.1). We next used metabolic labeling to distinguish the proteins of cellular origin from a high background of unlabeled (serum) proteins, for the differential analysis of two serum-containing culture media conditioned by labeled human cancer cells (Chapter 2.2). As a parallel project we developed a new quantification method (named ISIS), which uses pairs of stable-isotope labeled amino acids able to produce specific reporter ions, which can be used for relative quantification. The ISIS method was applied to the analysis of two fully, yet differentially labeled cancer cell lines, as described in Chapter 2.3. Next, in line with the original purpose of this thesis, we used a "pulsed" variant of ISIS to detect proteome changes in HeLa cells after the infection with human Herpes Simplex Virus-1 (Chapter 2.4). This virus is known to repress the synthesis of host cell proteins to exploit the translation machinery for the massive production of virions. As expected, high synthesis rates were measured for the detected viral proteins, confirming their up-regulation. Moreover, we identified a number of human proteins whose synthesis/degradation ratio (S/D) was affected by the viral infection and which could provide clues on the strategies used by the virus to hijack the cellular machinery. Overall, in this work, we showed that metabolic labeling can be employed in alternative ways to investigate poorly explored dimensions in proteomics.

Comportements sexuels à risque, VIH/ITS et violence dans les milieux prostitutionnels de St-Marc et Gonaïves, Haïti

Les clients de TS sont considérés comme un groupe à risque de VIH et aussi agiraient comme un « pont de transmission » entre les TS et les femmes de la population générale. En dépit de leurs comportements sexuels à risque, les clients de TS ont été rarement étudiés. En conséquence, les objectifs spécifiques de cette thèse étaient : 1) estimer la prévalence du VIH, de la syphilis, du VHS-2 (virus de l’herpès simplex et 2) des facteurs de risque associés chez les clients de TS en Haïti, 2) examiner les déterminants de l’intention d’utilisation du condom, et 3) estimer la prévalence des comportements de violence et ses conséquences. Pour ce faire, une enquête transversale a été effectuée en 2006 auprès de 378 clients fréquentant les milieux de prostitution de St-Marc et de Gonaïves, en Haïti. Un questionnaire structuré ainsi que des échantillons de sang séché sur papier filtre ont été utilisés pour la collecte de données comportementales et biologiques. Notre premier article a montré une prévalence élevée du VIH et des ITS chez les clients. Ces hommes avaient plusieurs partenaires sexuelles avec lesquelles l’utilisation du condom variait. Les clients qui avaient déjà consommé de la marijuana, pratiquaient le vaudou, avaient des antécédents d’ITS ou étaient infectés par le VHS-2, avaient plus de chances d’être positifs au VIH. Le fait d’habiter Gonaïves, de ne pas être protestant, d’être employé et d’avoir déjà essayé la marijuana était associé à l’infection à la syphilis. Tandis que les clients plus vieux, ceux résidants à Gonaïves ainsi que ceux pratiquant le vaudou étaient plus souvent infectés par le VHS-2. Dans notre second article, nous avons démontré que les normes subjectives, le contrôle comportemental perçu et les attitudes étaient des déterminants importants de l’intention d’utilisation du condom. Les clients qui avaient des antécédents d’ITS ou avaient utilisé le condom lors de la dernière relation sexuelle avec la TS étaient aussi plus susceptibles d’avoir l’intention d’en faire usage dans le futur. Les résultats du dernier article ont montré que la prévalence des comportements de violence envers les partenaires intimes était élevée. De plus, la violence émotionnelle et physique était associée à l’utilisation inconstante du condom avec les différentes partenaires sexuelles. En conclusion, cette étude suggère que les clients de TS agiraient comme un pont de transmission facilitant la propagation du VIH/ITS dans la population générale en Haïti et que la violence semblerait également jouer un rôle dans la transmission de ces infections. Nos résultats soulignent le besoin d’interventions en prévention du VIH et des ITS ciblant cette population vulnérable, incluant la problématique de la violence.

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.

Étude des voies d’apprêtement des antigènes viraux menant à la présentation antigénique par les CMH de classe I

Le contrôle immunitaire des infections virales est effectué, en grande partie, par les lymphocytes T CD8+ cytotoxiques. Pour y parvenir, les lymphocytes T CD8+ doivent être en mesure de reconnaître les cellules infectées et de les éliminer. Cette reconnaissance des cellules infectées s’effectue par l’interaction du récepteur T (TCR) des lymphocytes T CD8+ et des peptides viraux associés au complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) de classe I à la surface des cellules hôtes. Cette interaction constitue l’élément déclencheur permettant l’élimination de la cellule infectée. On comprend donc toute l’importance des mécanismes cellulaires menant à la génération des peptides antigéniques à partir des protéines virales produites au cours d’une infection. La vision traditionnelle de cet apprêtement protéique menant à la présentation d’antigènes par les molécules du CMH propose deux voies cataboliques distinctes. En effet, il est largement admis que les antigènes endogènes sont apprêtés par la voie dite ‘‘classique’’ de présentation antigénique par les CMH de classe I. Cette voie implique la dégradation des antigènes intracellulaires par le protéasome dans le cytoplasme, le transport des peptides résultant de cette dégradation à l’intérieur du réticulum endoplasmique, leur chargement sur les molécules du CMH de classe I et finalement le transport des complexes peptide-CMH à la surface de la cellule où ils pourront activer les lymphocytes T CD8+. Dans la seconde voie impliquant des antigènes exogènes, le dogme veut que ceux-ci soient apprêtés par les protéases du compartiment endovacuolaire. Les peptides ainsi générés sont directement chargés sur les molécules de CMH de classe II à l’intérieur de ce compartiment. Par la suite, des mécanismes de recyclage vésiculaire assurent le transport des complexes peptide-CMH de classe II à la surface de la cellule afin de stimuler les lymphocytes T CD4+. Cependant, cette stricte ségrégation des voies d’apprêtement antigénique a été durement éprouvée par la capacité des cellules présentatrices d’antigènes à effectuer l’apprêtement d’antigènes exogènes et permettre leur présentation sur des molécules de CMH de classe I. De plus, l’identification récente de peptides d’origine intracellulaire associés à des molécules de CMH de classe II a clairement indiqué la présence d’interactions entre les deux voies d’apprêtement antigénique permettant de transgresser le dogme préalablement établi. L’objectif du travail présenté ici était de caractériser les voies d’apprêtement antigénique menant à la présentation d’antigènes viraux par les molécules du CMH de classe I lors d’une infection par le virus de l’Herpès simplex de type I (HSV-1). Dans les résultats rapportés ici, nous décrivons une nouvelle voie d’apprêtement antigénique résultant de la formation d’autophagosomes dans les cellules infectées. Cette nouvelle voie permet le transfert d’antigènes viraux vers un compartiment vacuolaire dégradatif dans la phase tardive de l’infection par le virus HSV-1. Cette mise en branle d’une seconde voie d’apprêtement antigénique permet d’augmenter le niveau de présentation de la glycoprotéine B (gB) virale utilisée comme modèle dans cette étude. De plus, nos résultats décrivent la formation d’une nouvelle forme d’autophagosomes dérivés de l’enveloppe nucléaire en réponse à l’infection par le virus HSV-1. Ces nouveaux autophagosomes permettent le transfert d’antigènes viraux vers un compartiment vacuolaire lytique, action également assurée par les autophagosomes dits classiques. Dans la deuxième partie du travail présenté ici, nous utilisons l’infection par le virus HSV-1 et la production de la gB qui en résulte pour étudier le trafic membranaire permettant le transfert de la gB vers un compartiment vacuolaire dégradatif. Nos résultats mettent en valeur l’importance du réticulum endoplasmique, et des compartiments autophagiques qui en dérivent, dans ces mécanismes de transfert antigénique permettant d’amplifier la présentation antigénique de la protéine virale gB sur des CMH de classe I via une voie vacuolaire. L’ensemble de nos résultats démontrent également une étroite collaboration entre la voie classique de présentation antigénique par les CMH de classe I et la voie vacuolaire soulignant, encore une fois, la présence d’interaction entre les deux voies.

Études structurales d’interactions protéine/protéine impliquées dans l’érythropoïèse

Le développement hématopoïétique est régulé par l’action combinée de facteurs de transcription lignée spécifiques et de la machinerie transcriptionnelle de base, permettant ainsi l’expression de gènes en temps et lieu appropriés. Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l’étude structurale et fonctionnelle d’interactions décisives pour la régulation de l’expression de gènes et impliquant des domaines de transactivation (TAD). En effet, les interactions faisant intervenir les TAD d’activateurs permettent de réguler l’activation de la transcription de façon spécifique. La première étude présentée dans cette thèse relate l'identification et la caractérisation d'une nouvelle interaction entre deux facteurs de transcription : le facteur hématopoïétique GATA-1 et la protéine suppresseur de tumeur p53. En combinant des études in vitro par titrage calorimétrique en condition isotherme (ITC) et par spectroscopie RMN et des études in vivo, nous avons identifié et caractérisé cette nouvelle interaction. Il s'avère que le TAD de p53 et le domaine de liaison à l’ADN de GATA-1 sont les domaines minimaux requis pour la formation de ce complexe. L'inhibition de la voie p53 par GATA-1 s’est avérée être la conséquence majeure de cette interaction, permettant ainsi le maintien en vie des précurseurs érythrocytaires via l’inhibition de l’apoptose. Un deuxième type d’interaction a fait l’objet d’études : l’interaction entre divers TAD et la machinerie transcriptionnelle de base, plus spécifiquement avec le Facteur général de Transcription IIH (TFIIH). La structure des complexes constitués par la sous-unité Tfb1/p62 du facteur TFIIH en interaction avec le TAD viral de VP16 d’une part, et avec le TAD humain du facteur érythrocytaire « Erythroid Krüppel-like factor» (EKLF) d’autre part, ont été résolues par spectroscopie RMN. La structure du complexe Tfb1/VP16 a révélée que le mode de liaison de VP16 à Tfb1 est similaire au mode de liaison du TAD de p53 avec le même partenaire. En effet, les TAD de VP16 et de p53 forment tous deux une hélice α de 9 résidus en interaction avec Tfb1. En dépit de partager avec p53 et VP16 le même site de liaison sur Tfb1/p62, la structure RMN du complexe EKLF/Tfb1 démontre que le mode d’interaction de ce TAD se distingue du mode de liaison canonique des activeurs transcriptionnels. Etonnamment, EKLF adopte un mécanisme de liaison semblable au mécanisme de liaison du facteur général de transcription TFIIEα avec p62, leurs conformations demeurent étendues en interaction avec Tfb1/p62. En se basant sur nos données structurales, nous avons identifié un résidu dans le TAD d'EKLF décisif pour la formation du complexe EKLF/p62 : le Trp73. La mutation de cet acide aminé perturbe son interaction avec Tfb1PH/p62PH et réduit significativement l'activité transcriptionnelle d'EKLF dans les érythrocytes.

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.

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).