Retrovirus-host interactions. The mouse mammary tumor virus model.

Mouse mammary tumor virus (MMTV) is a retrovirus which can induce mammary carcinomas in mice late in life by activation of proto-oncogenes after integration in their vicinity. Surprisingly, it requires a functional immune system to achieve efficient infection of the mammary gland. This requirement became clear when it was discovered that it has developed strategies to exploit the immune response. Instead of escaping immune detection, it induces a vigorous polyclonal T-B interaction which is required to induce a chronic infection. This is achieved by activating and then infecting antigen presenting cells (B cells), expressing a superantigen on their cell surface and triggering unlimited help by the large number of superantigen-specific T cells. The end result of this strong T-B interaction is the proliferation and differentiation of the infected B cells leading to their long term survival.

Host cellular regulatory networks in dengue virus-human interactions

Dengue fever is one of the most important mosquito-borne diseases worldwide and is caused by infection with dengue virus (DENV). The disease is endemic in tropical and sub-tropical regions and has increased remarkably in the last few decades. At present, there is no antiviral or approved vaccine against the virus. Treatment of dengue patients is usually supportive, through oral or intravenous rehydration, or by blood transfusion for more severe dengue cases. Infection of DENV in humans and mosquitoes involves a complex interplay between the virus and host factors. This results in regulation of numerous intracellular processes, such as signal transduction and gene transcription which leads to progression of disease. To understand the mechanisms underlying the disease, the study of virus and host factors is therefore essential and could lead to the identification of human proteins modulating an essential step in the virus life cycle. Knowledge of these human proteins could lead to the discovery of potential new drug targets and disease control strategies in the future. Recent advances of high throughput screening technologies have provided researchers with molecular tools to carry out investigations on a large scale. Several studies have focused on determination of the host factors during DENV infection in human and mosquito cells. For instance, a genome-wide RNA interference (RNAi) screen has identified host factors that potentially play an important role in both DENV and West Nile virus replication (Krishnan et al. 2008). In the present study, a high-throughput yeast two-hybrid screen has been utilised in order to identify human factors interacting with DENV non-structural proteins. From the screen, 94 potential human interactors were identified. These include proteins involved in immune signalling regulation, potassium voltage-gated channels, transcriptional regulators, protein transporters and endoplasmic reticulum-associated proteins. Validation of fifteen of these human interactions revealed twelve of them strongly interacted with DENV proteins. Two proteins of particular interest were selected for further investigations of functional biological systems at the molecular level. These proteins, including a nuclear-associated protein BANP and a voltage-gated potassium channel Kv1.3, both have been identified through interaction with the DENV NS2A. BANP is known to be involved in NF-kB immune signalling pathway, whereas, Kv1.3 is known to play an important role in regulating passive flow of potassium ions upon changes in the cell transmembrane potential. This study also initiated a construction of an Aedes aegypti cDNA library for use with DENV proteins in Y2H screen. However, several issues were encountered during the study which made the library unsuitable for protein interaction analysis. In parallel, innate immune signalling was also optimised for downstream analysis. Overall, the work presented in this thesis, in particular the Y2H screen provides a number of human factors potentially targeted by DENV during infection. Nonetheless, more work is required to be done in order to validate these proteins and determine their functional properties, as well as testing them with infectious DENV to establish a biological significance. In the long term, data from this study will be useful for investigating potential human factors for development of antiviral strategies against dengue.

Receptor binding and cell entry of Old World arenaviruses reveal novel aspects of virus-host interaction.

Ten years ago, the first cellular receptor for the prototypic arenavirus lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) and the highly pathogenic Lassa virus (LASV) was identified as alpha-dystroglycan (alpha-DG), a versatile receptor for proteins of the extracellular matrix (ECM). Biochemical analysis of the interaction of alpha-DG with arenaviruses and ECM proteins revealed a strikingly similar mechanism of receptor recognition that critically depends on specific sugar modification on alpha-DG involving a novel class of putative glycosyltransferase, the LARGE proteins. Interestingly, recent genome-wide detection and characterization of positive selection in human populations revealed evidence for positive selection of a locus within the LARGE gene in populations from Western Africa, where LASV is endemic. While most enveloped viruses that enter the host cell in a pH-dependent manner use clathrin-mediated endocytosis, recent studies revealed that the Old World arenaviruses LCMV and LASV enter the host cell predominantly via a novel and unusual endocytotic pathway independent of clathrin, caveolin, dynamin, and actin. Upon internalization, the virus is rapidly delivered to endosomes via an unusual route of vesicular trafficking that is largely independent of the small GTPases Rab5 and Rab7. Since infection of cells with LCMV and LASV depends on DG, this unusual endocytotic pathway could be related to normal cellular trafficking of the DG complex. Alternatively, engagement of arenavirus particles may target DG for an endocytotic pathway not normally used in uninfected cells thereby inducing an entry route specifically tailored to the pathogen's needs.

Découverte de nouvelles interactions entre le virus de l'Hépatite C et l'hôte par une approche combinée de Spectrométrie de Masse et de Génomique Fonctionnelle

La réplication et l’assemblage du virus de l’hépatite C (VHC) sont régulés finement dans le temps et l’espace par les interactions protéiques entre le virus avec l’hôte. La compréhension de la biologie du virus ainsi que sa pathogénicité passe par les connaissances relatives aux interactions virus/hôte. Afin d’identifier ces interactions, nous avons exploité une approche d’immunoprécipitation (IP) couplée à une détection par spectrométrie de masse (MS), pour ensuite évaluer le rôle des protéines identifiées dans le cycle viral par une technique de silençage génique. Les protéines virales Core, NS2, NS3/4A, NS4B, NS5A et NS5B ont été exprimées individuellement dans les cellules humaines 293T et immunoprécipitées afin d’isoler des complexes protéiques qui ont été soumis à l’analyse MS. Ainsi, 98 protéines de l’hôte ont été identifiées avec un enrichissement significatif et illustrant une spécificité d’interaction. L’enrichissement de protéines connues dans la littérature a démontré la force de l’approche, ainsi que la validation de 6 nouvelles interactions virus/hôte. Enfin, le rôle de ces interactants sur la réplication virale a été évalué dans un criblage génomique par ARN interférant (ARNi). Deux systèmes rapporteurs de la réplication virale ont été utilisés : le système de réplicon sous-génomique (Huh7-Con1-Fluc) et le système infectieux (J6/JFH-1/p7Rluc2a), ainsi qu’un essai de toxicité cellulaire (Alamar Blue). Parmi les protéines de l’hôte interagissant avec le VHC, 28 protéines ont démontré un effet significatif sans effet de toxicité cellulaire, suggérant fortement un rôle dans la réplication du VHC. Globalement, l’étude a mené à l’identification de nouvelles interactions virus/hôte et l’identification de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles.

The nuclear pore complex and its transporters : from virus-host interactors to subverting the innate antiviral immunity

Les virus ont besoin d’interagir avec des facteurs cellulaires pour se répliquer et se propager dans les cellules d’hôtes. Une étude de l'interactome des protéines du virus d'hépatite C (VHC) par Germain et al. (2014) a permis d'élucider de nouvelles interactions virus-hôte. L'étude a également démontré que la majorité des facteurs de l'hôte n'avaient pas d'effet sur la réplication du virus. Ces travaux suggèrent que la majorité des protéines ont un rôle dans d'autres processus cellulaires tel que la réponse innée antivirale et ciblées pas le virus dans des mécanismes d'évasion immune. Pour tester cette hypothèse, 132 interactant virus-hôtes ont été sélectionnés et évalués par silençage génique dans un criblage d'ARNi sur la production interferon-beta (IFNB1). Nous avons ainsi observé que les réductions de l'expression de 53 interactants virus-hôte modulent la réponse antivirale innée. Une étude dans les termes de gène d'ontologie (GO) démontre un enrichissement de ces protéines au transport nucléocytoplasmique et au complexe du pore nucléaire. De plus, les gènes associés avec ces termes (CSE1L, KPNB1, RAN, TNPO1 et XPO1) ont été caractérisé comme des interactant de la protéine NS3/4A par Germain et al. (2014), et comme des régulateurs positives de la réponse innée antivirale. Comme le VHC se réplique dans le cytoplasme, nous proposons que ces interactions à des protéines associées avec le noyau confèrent un avantage de réplication et bénéficient au virus en interférant avec des processus cellulaire tel que la réponse innée. Cette réponse innée antivirale requiert la translocation nucléaire des facteurs transcriptionnelles IRF3 et NF-κB p65 pour la production des IFNs de type I. Un essai de microscopie a été développé afin d'évaluer l’effet du silençage de 60 gènes exprimant des protéines associés au complexe du pore nucléaire et au transport nucléocytoplasmique sur la translocation d’IRF3 et NF-κB p65 par un criblage ARNi lors d’une cinétique d'infection virale. En conclusion, l’étude démontre qu’il y a plusieurs protéines qui sont impliqués dans le transport de ces facteurs transcriptionnelles pendant une infection virale et peut affecter la production IFNB1 à différents niveaux de la réponse d'immunité antivirale. L'étude aussi suggère que l'effet de ces facteurs de transport sur la réponse innée est peut être un mécanisme d'évasion par des virus comme VHC.

Viruses in the marine environment: community dynamics, phage-host interactions and genomic structure

[EN] There are an estimated 1030 viruses in the world oceans, the majority of which are phages (viruses that infect bacteria). Extensive research has demonstrated the significant influence of marine phages on microbial abundance, community structure, genetic exchange and global biogeochemical cycles. In this thesis, we contribute to increase the knowledge about the ecological role of viruses in marine systems, but also we aimed to provide a better understanding about the interactions between phages and their hosts and the genetic pool and biogeography of some the isolated phages genomes.

The nuclear pore complex and its transporters : from virus-host interactors to subverting the innate antiviral immunity

Les virus ont besoin d’interagir avec des facteurs cellulaires pour se répliquer et se propager dans les cellules d’hôtes. Une étude de l'interactome des protéines du virus d'hépatite C (VHC) par Germain et al. (2014) a permis d'élucider de nouvelles interactions virus-hôte. L'étude a également démontré que la majorité des facteurs de l'hôte n'avaient pas d'effet sur la réplication du virus. Ces travaux suggèrent que la majorité des protéines ont un rôle dans d'autres processus cellulaires tel que la réponse innée antivirale et ciblées pas le virus dans des mécanismes d'évasion immune. Pour tester cette hypothèse, 132 interactant virus-hôtes ont été sélectionnés et évalués par silençage génique dans un criblage d'ARNi sur la production interferon-beta (IFNB1). Nous avons ainsi observé que les réductions de l'expression de 53 interactants virus-hôte modulent la réponse antivirale innée. Une étude dans les termes de gène d'ontologie (GO) démontre un enrichissement de ces protéines au transport nucléocytoplasmique et au complexe du pore nucléaire. De plus, les gènes associés avec ces termes (CSE1L, KPNB1, RAN, TNPO1 et XPO1) ont été caractérisé comme des interactant de la protéine NS3/4A par Germain et al. (2014), et comme des régulateurs positives de la réponse innée antivirale. Comme le VHC se réplique dans le cytoplasme, nous proposons que ces interactions à des protéines associées avec le noyau confèrent un avantage de réplication et bénéficient au virus en interférant avec des processus cellulaire tel que la réponse innée. Cette réponse innée antivirale requiert la translocation nucléaire des facteurs transcriptionnelles IRF3 et NF-κB p65 pour la production des IFNs de type I. Un essai de microscopie a été développé afin d'évaluer l’effet du silençage de 60 gènes exprimant des protéines associés au complexe du pore nucléaire et au transport nucléocytoplasmique sur la translocation d’IRF3 et NF-κB p65 par un criblage ARNi lors d’une cinétique d'infection virale. En conclusion, l’étude démontre qu’il y a plusieurs protéines qui sont impliqués dans le transport de ces facteurs transcriptionnelles pendant une infection virale et peut affecter la production IFNB1 à différents niveaux de la réponse d'immunité antivirale. L'étude aussi suggère que l'effet de ces facteurs de transport sur la réponse innée est peut être un mécanisme d'évasion par des virus comme VHC.

Tumor-host interactions Part 1: Stromal signatures of breast and prostate cancer Part 2: GLG1 and the control of the secretory pathway in tumor cells

Tumor-host interaction is a key determinant during cancer progression, from primary tumor growth to metastatic dissemination. At each step, tumor cells have to adapt to and subvert different types of microenvironment, leading to major phenotypic and genotypic alterations that affect both tumor and surrounding stromal compartments. Understanding the molecular mechanisms that govern tumor-host interplay may be essential for better comprehension of tumorigenesis in an effort to improve current anti-cancer therapies. The present work is composed of two projects that address tumor-host interactions from two different perspectives, the first focusing on the characterization of tumor-associated stroma and the second on membrane trafficking in tumor cells. Part 1. To selectively address stromal gene expression changes during cancer progression, oligonucleotide-based Affymetrix microarray technology was used to analyze the transcriptomes of laser-microdissected stromal cells derived from invasive human breast and prostate carcinoma. Comparison showed that invasive breast and prostate cancer elicit distinct, tumor-specific stromal responses, with a limited panel of shared induced and/or repressed genes. Both breast and prostate tumor-specific deregulated stromal gene sets displayed statistically significant survival-predictive ability for their respective tumor type. By contrast, a stromal gene signature common to both tumor types did not display prognostic value, although expression of two individual genes within this common signature was found to be associated with patient survival. Part 2. GLG1 is known as an E-selectin ligand and an intracellular FGF receptor, depending on cell type and context. Immunohistochemical and immunofluorescence analyses showed that GLG1 is primarily localized in the Golgi of human tumor cells, a central location in the biosynthetic/secretory pathways. GLG1 has been shown to interact with and to recruit the ARF GEF BIGI to the Golgi membrane. Depletion of GLG1 or BIGI markedly reduced ARF3 membrane localization and activation, and altered the Golgi structure. Interestingly, these perturbations did not impair constitutive secretion in general, but rather seemed to impair secretion of a specific subset of proteins that includes MMP-9. Thus, GLG1 coordinates ARF3 activation by recruiting BIGI to the Golgi membrane, thereby affecting secretion of specific molecules. - Les interactions tumeur-hôte constituent un élément essentiel à la progression tumorale, de la croissance de la tumeur primaire à la dissémination des métastases. A chaque étape, les cellules tumorales doivent s'adapter à différents types de microenvironnement et les détourner à leur propre avantage, donnant lieu à des altérations phénotypiques et génotypiques majeures qui affectent aussi bien la tumeur elle-même que le compartiment stromal environnant. L'étude des mécanismes moléculaires qui régissent les interactions tumeur-hôte constitue une étape essentielle pour une meilleure compréhension du processus de tumorigenèse dans le but d'améliorer les thérapies anti cancer existantes. Le travail présenté ici est composé de deux projets qui abordent la problématique des interactions tumeur-hôte selon différentes perspectives, le premier se concentrant sur la caractérisation du stroma tumoral et le second sur le trafic intracellulaire des cellules tumorales. Partie 1. Pour examiner les changements d'expression des gènes dans le stroma en réponse à la progression du cancer, des puces à ADN Affymetrix ont été utilisées afin d'analyser les transcriptomes des cellules stromales issues de carcinomes invasifs du sein et de la prostate et collectées par microdissection au laser. L'analyse comparative a montré que les cancers invasifs du sein et de la prostate provoquent des réponses stromales spécifiques à chaque type de tumeur, et présentent peu de gènes induits ou réprimés de façon similaire. L'ensemble des gènes dérégulés dans le stroma associé au cancer du sein, ou à celui de la prostate, présente une valeur pronostique pour les patients atteints d'un cancer du sein, respectivement de la prostate. En revanche, la signature stromale commune aux deux types de cancer n'a aucune valeur prédictive, malgré le fait que l'expression de deux gènes présents dans cette liste soit liée à la survie des patients. Partie 2. GLG1 est connu comme un ligand des sélectines E ainsi que comme récepteur intracellulaire pour des facteurs de croissances FGFs selon le type de cellule dans lequel il est exprimé. Des analyses immunohistochimiques et d'immunofluorescence ont montré que dans les cellules tumorales, GLG1 est principalement localisé au niveau de l'appareil de Golgi, une place centrale dans la voie biosynthétique et sécrétoire. Nous avons montré que GLG1 interagit avec la protéine BIGI et participe à son recrutement à la membrane du Golgi. L'absence de GLG1 ou de BIGI réduit drastiquement le pool d'ARF3 associé aux membranes ainsi que la quantité d'ARF3 activés, et modifie la structure de l'appareil de Golgi. Il est particulièrement intéressant de constater que ces perturbations n'ont pas d'effet sur la sécrétion constitutive en général, mais semblent plutôt affecter la sécrétion spécifique d'un sous-groupe défini de protéines comprenant MMP-9. GLG1 coordonne donc l'activation de ARF3 en recrutant BIGI à la membrane du Golgi, agissant par ce moyen sur la sécrétion de molécules spécifiques.

New pandemics: HIV and AIDS, HCV and chronic hepatitis, Influenza virus and flu.

New pandemics are a serious threat to the health of the entire world. They are essentially of viral origin and spread at large speed. A meeting on this topic was held in Lyon, France, within the XIXth Jacques Cartier Symposia, a series of France-Québec meetings held every year. New findings on HIV and AIDS, on HCV and chronic hepatitis, and an update on influenza virus and flu were covered during this meeting on December 4 and 5, 2006. Aspects of viral structure, virus-host interactions, antiviral defenses, drugs and vaccinations, and epidemiological aspects were discussed for HIV and HCV. Old and recent data on the flu epidemics ended this meeting.

Virus-Host Interaction during Therapy against Hepatitis C Virus

Le virus de l’hépatite C (VHC) est un problème mondial. La majorité des personnes infectées (70-85%) développent une infection chronique qui cause des complications hépatiques. Le seul régime thérapeutique approuvé pour le VHC est l'interféron alpha (IFN-α). Ce traitement a un taux de réussite de 50-80% selon le génotype de virus et le moment de l'initiation de la thérapie. Les facteurs régissant la réponse au traitement ne sont pas bien définis. Des études antérieures ont suggéré un rôle potentiel de la réponse immunitaire de l'hôte au succès de la thérapie, toutefois, ces résultats sont controversés. Nous avons émis l'hypothèse que la réponse immunitaire de l’hôte sera plus efficace chez les patients qui commencent la thérapie tôt pendant la phase aiguë de l'infection. En revanche, la réponse immunitaire sera épuisée lorsque le traitement est initié pendant la phase chronique. L'objectif principal de ce mémoire est d’étudier les facteurs immunologiques qui régissent la réponse à la thérapie, et de déterminer si la contribution de la réponse immunitaire de l'hôte peut être influencée par la période de l'infection. Nos résultats démontrent l'efficacité de la restauration de la réponse immunitaire spécifique au VHC lorsque la thérapie par l'interféron est initiée tôt. Ceci est démontré par le sauvetage des cellules T efficaces spécifiques au VHC efficace similaires à celles observées chez les individus qui ont résolu spontanément, suggérant ainsi qu'elles jouent un rôle actif dans la réponse au traitement. Toutefois, cette réponse n'a pas été restaurée chez les patients traités au cours de la phase chronique. Ces résultats ont des implications importantes dans la compréhension des mécanismes sous-jacents à la réponse aux traitements actuels et au développement des nouvelles thérapies.

Virus-host interaction in feline immunodeficiency virus (FIV) infection

Feline immunodeficiency virus (FIV) infection has been the focus of several studies because this virus exhibits genetic and pathogenic characteristics that are similar to those of the human immunodeficiency virus (HIV). FIV causes acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) in cats, nevertheless, a large fraction of infected cats remain asymptomatic throughout life despite of persistent chronic infection. This slow disease progression may be due to the presence of factors that are involved in the natural resistance to infection and the immune response that is mounted by the animals, as well as due to the adaptation of the virus to the host. Therefore, the study of virus-host interaction is essential to the understanding of the different patterns of disease course and the virus persistence in the host, and to help with the development of effective vaccines and perhaps the cure of FIV and HIV infections. © 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Analysis of Schistosoma mansoni genes shared with Deuterostomia and with possible roles in host interactions

Abstract Background: Schistosoma mansoni is a blood helminth parasite that causes schistosomiasis, a disease that affects 200 million people in the world. Many orthologs of known mammalian genes have been discovered in this parasite and evidence is accumulating that some of these genes encode proteins linked to signaling pathways in the parasite that appear to be involved with growth or development, suggesting a complex co-evolutionary process. Results: In this work we found 427 genes conserved in the Deuterostomia group that have orthologs in S. mansoni and no members in any nematodes and insects so far sequenced. Among these genes we have identified Insulin Induced Gene (INSIG), Interferon Regulatory Factor (IRF) and vasohibin orthologs, known to be involved in mammals in mevalonate metabolism, immune response and angiogenesis control, respectively. We have chosen these three genes for a more detailed characterization, which included extension of their cloned messages to obtain full-length sequences. Interestingly, SmINSIG showed a 10-fold higher expression in adult females as opposed to males, in accordance with its possible role in regulating egg production. SmIRF has a DNA binding domain, a tryptophan-rich N-terminal region and several predicted phosphorylation sites, usually important for IRF activity. Fourteen different alternatively spliced forms of the S. mansoni vasohibin (SmVASL) gene were detected that encode seven different protein isoforms including one with a complete C-terminal end, and other isoforms with shorter C-terminal portions. Using S. mansoni homologs, we have employed a parsimonious rationale to compute the total gene losses/gains in nematodes, arthropods and deuterostomes under either the Coelomata or the Ecdysozoa evolutionary hypotheses; our results show a lower losses/gains number under the latter hypothesis. Conclusion: The genes discussed which are conserved between S. mansoni and deuterostomes, probably have an ancient origin and were lost in Ecdysozoa, being still present in Lophotrochozoa. Given their known functions in Deuterostomia, it is possible that some of them have been co-opted to perform functions related (directly or indirectly) to host adaptation or interaction with host signaling processes.

Functional characterization of modified vaccinia virus Ankara-encoded anti-apoptotic proteins

Candidate vaccines based on the highly attenuated orthopoxvirus strain MVA are tested against various infectious and cancer diseases and, more profound, vaccines based on wildtype and recombinant viruses have been found safe and immunogenic in clinical trials. Compared to conventional vaccine strains, MVA lacks many functional genes for potentially important regulators of virus-host interactions. However, some gene functions responsible for counteraction of cellular antiviral pathways are still conserved in the genome of MVA and the inhibition of apoptosis seems to be one important mechanism, the virus is still able to interact with.rnrnVaccinia viruses encode several proteins which prevent the induction of virus-induced apoptosis. The vaccinia virus anti-apoptotic protein F1 was shown to counteract the activation of the mitochondrial pathway of apoptosis in a highly effective manner. Another vaccinia virus protein, N1, like F1 shows structural and functional similarity to members of the cellular anti-apoptotic bcl-2 family and was also shown to inhibit apoptosis. The vaccinia virus early protein E3 inhibits programmed cell death by binding to and sequestration of dsRNA molecules, normally inducing cellular antiviral pathways also driving the induction of apoptosis. All three anti-apoptotic genes were functionally analyzed during this work.rn