Effet de la stimulation du TLR2 et de la sécrétion d'acétate sur la susceptibilité à l'infection au VIH-1 des lymphocytes T CD4+ primaires

(1)

EEffffeettss ddee llaa ssttiim

muullaattiioonn dduu TTLLRR22 eett ddee llaa ssééccrrééttiioonn dd’’aaccééttaattee

ssuurr llaa ssuusscceeppttiibbiilliittéé àà ll’’iinnffeeccttiioonn aauu VVIIHH--11

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++

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maaiirreess

Thèse

Jean-François Bolduc

Doctorat en microbiologie-immunologie

Philosophiæ doctor (Ph. D.)

Québec, Canada

© Jean-François Bolduc, 2016

(2)

EEffffeettss ddee llaa ssttiim

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ssuurr llaa ssuusscceeppttiibbiilliittéé àà ll’’iinnffeeccttiioonn aauu VVIIHH--11

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mpphhooccyytteess TT CCDD44

++

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maaiirreess

Thèse

Jean-François Bolduc

Sous la direction de :

(3)

Résumé

Le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1), agent causal du syndrome d’immunodéficience humaine (SIDA), est rapidement devenu pandémique suite à son identification en 1981. Les données statistiques publiées par l’Organisation des Nations Unies pour le Syndrome d'Immunodéficience Acquise (ONUSIDA) démontrent que, parmi les 34,3 à 41,4 millions de cas d’infection recensés en 2014, près de 70 % d’entre eux ont été répertoriés en Afrique subsaharienne et environ 6,5 % en Europe et en Amérique du Nord. L’Agence de la santé publique du Canada estimait, quant à elle, à près de 75 500 le nombre de personnes vivant avec le VIH-1 sur son territoire en 2014, dont environ 18 000 résidant au Québec. Malgré l’avènement de trithérapies contrôlant l’infection, à ce jour, aucune médicamentation n’en permet la guérison. La complexité de la pathogenèse virale menant à l’établissement d’une infection latente et à des comorbidités associées à l’état d’inflammation chronique est si considérable qu’aucun traitement ne peut encore enrayer la maladie. La recherche fondamentale et translationnelle, permettant de mieux comprendre le fonctionnement du système immunitaire en réponse à l’infection et d’associer plus efficacement ces avancées faites en laboratoire à la pratique médicale, sont donc primordiales. Les résultats présentés dans cette thèse abondent dans ce sens, puisqu’ils mènent à une meilleure compréhension du rôle que peut avoir le microbiote sur la susceptibilité à l’infection au VIH-1 des lymphocytes T CD4+_{primaires, ce qui pourrait}

inspirer l’élaboration de composés médicamenteux limitant le dialogue entre les bactéries et les cellules permissives au virus.

En effet, l’infection au VIH-1 peut être associée à un désordre du tractus gastro-intestinal menant à une translocation de bactéries de la lumière intestinale vers les muqueuses avoisinantes. Cette migration bactérienne semble influencer la susceptibilité à l’infection des lymphocytes T CD4+_{, mais encore aujourd’hui, tous les mécanismes ne sont pas}

parfaitement connus. Les deux études présentées dans ce manuscrit contribuent donc à l’avancement des connaissances dans le domaine puisqu’elles démontrent que 1) l’engagement du TLR2 semble entraîner la production de virus par les lymphocytes T CD4+_{activés en favorisant l’activité de NF-κB et la réplication virale chez les cellules}

CCR6+_{et que 2) la sécrétion d’acétate (petit acide gras produit par la fermentation de}

composés non digestibles par les bactéries du tractus gastro-intestinal) semble promouvoir l’activation cellulaire et la diminution de l’activité des HDAC de classe 1 et 2 de sorte à accentuer l’intégration de l’ADN proviral dans le génome des lymphocytes T CD4+_.

(4)

Table des matières

Résumé ... iii

Liste des tableaux ... vii

Liste des figures ... viii

Liste des abréviations ... ix

Remerciements ... xxiii

Avant-propos ... xxiv

Chapitre 1 : Introduction ... 1

1.1. Le virus d’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1) ... 1

1.1.1. L’origine du VIH-1 ... 1

1.1.2. L’infection par le VIH-1 ... 3

1.1.2.1. Épidémiologie ... 3

1.1.2.2. Transmission ... 4

1.1.3. La classification ... 4

1.1.4. La structure du virion ... 5

1.1.4.1. Organisation génomique et morphologique ... 5

1.1.4.2.1. Protéines issues de Gag ... 7

1.1.4.2.2. Protéines issues de Gag-Pol ... 9

1.1.4.2.3. Protéines issues de Env ... 10

1.1.4.2.4. Protéines virales régulatrices ... 11

1.1.4.2.5. Protéines virales accessoires ... 12

1.1.5. Le cycle réplicatif ... 14

1.1.5.1. Attachement et entrée ... 14

1.1.5.2. Décapsidation ... 16

1.1.5.3. Transcription inverse ... 16

1.1.5.4. Intégration ... 17

1.1.5.5. Transcription ... 17

1.1.5.6. Assemblage ... 18

1.1.5.7. Bourgeonnement ... 18

1.1.5.8. Maturation ... 19

1.2. L’immunopathogenèse de l’infection au VIH-1 ... 20

1.2.1. Tropisme viral ... 22

1.2.2.1. Lymphocytes T CD4+_{... 24}

1.2.2.2. Lymphocytes T CD8+_{... 30}

1.2.2.3. Lymphocytes B ... 31

1.2.2.4. Cellules NK (Natural killer) ... 31

1.2.2.5. Monocytes ... 32

1.2.2.6. Macrophages ... 33

1.2.2.7. Cellules dendritiques ... 34

1.2.3. Phases de l’infection ... 35

1.3. Le désordre du tractus gastro-intestinal inférieur lors de l’infection au VIH-1 . 36

1.3.1. Organisation du tractus gastro-intestinal inférieur ... 36

1.3.1.1. Vue d’ensemble ... 36

1.3.1.2. Le tissu lymphoïde associé au tube digestif ... 38

1.3.2. Raisons du dysfonctionnement gastro-intestinal ... 38

1.3.2.1. Déséquilibre du microbiote ... 38

(5)

1.3.2.3. Translocation microbienne ... 43

1.4. Impact de la translocation microbienne sur la susceptibilité à l’infection au VIH-1 des lymphocytes T CD4+_{... 45}

1.4.1. Effets de l’activation des récepteurs de type Toll par des composantes bactériennes sur la susceptibilité à l’infection des cellules T CD4+_{... 45}

1.4.1.1. Reconnaissance des composantes bactériennes ... 45

1.4.1.1.1. Les motifs moléculaires associés aux pathogènes chez les bactéries 45

1.4.1.1.2. Les récepteurs de type Toll (TLR) ... 46

1.4.1.1.3. Les voies de signalisation médiées par les TLR ... 49

1.4.1.1.4. Impacts de l’activation des TLR ... 52

1.4.1.2. L’activation des TLR et l’infection au VIH-1 des lymphocytes T CD4+_{... 53}

1.4.2. Effets des petits acides gras sur la susceptibilité à l’infection des cellules T CD4+_{... 56}

1.4.2.1. Métabolisme bactérien des composantes nutritionnelles non digestibles .. 56

1.4.2.1.1. Les carbohydrates non digestibles ... 56

1.4.2.1.2. Voies métaboliques ... 57

1.4.2.1.3. Métabolites : Les petits acides gras ... 59

1.4.2.2. La reconnaissance des petits acides gras ... 62

1.4.2.3. Les petits acides gras et l’infection au VIH-1 des lymphocytes T CD4+_{... 63}

Chapitre 2 : Hypothèse et objectifs ... 65

2.1. Problématique ... 65

2.2. Hypothèses de recherche ... 65

2.3. Les objectifs de travail ... 65

Chapitre 3 : L’activation du TLR2 promeut la réplication du VIH-1 en augmentant l’activité de NF-κκB chez les lymphocytes T CD4+_CCR6+_{... 67}

3.1. Résumé ... 67

3.2. Abstract ... 69

3.3. Introduction ... 70

3.4. Material and Methods ... 73

3.5. Results ... 76

3.6. Discussion ... 79

3.7. Acknowledgments ... 83

3.8. References ... 84

3.9. Figures ... 91

Chapitre 4 : L’acétate augmente l’intégration du VIH-1 dans le génome des lymphocytes T CD4+_{en inhibant l’activité des HDAC de classe 1 et 2 .. 98}

4.1. Résumé ... 98

4.2. Abstract ... 100

4.3. Introduction ... 101

4.4. Material and methods ... 103

4.5. Results ... 106

4.6. Discussion ... 109

4.7. Acknowledgments ... 112

4.8. References ... 113

4.9. Figures ... 121

Chapitre 5 : Discussion, perspectives et conclusion ... 127

5.1. Les lymphocytes T CD4+ _CCR6+_{: Ces cellules dont la grande susceptibilité à} l’infection au VIH-1 est accrue suite à l’engagement du TLR2. ... 129

(6)

5.3. Analyse critique de notre étude : ses forces et ses limites expérimentales. .. 136

5.3.1. Analyse du premier volet ... 136

5.3.2. Analyse du second volet ... 138

5.4. Conclusion et perspectives ... 140

(7)

Liste des tableaux

Tableau I : Mécanismes de pénétration, d’infection et d’évasion virale lors d’une infection

mucosale ... 21

Tableau II : Co-récepteurs alternatifs exprimés à la surface des lymphocytes T CD4+_{... 23}

Tableau III : Caractéristiques des principaux lymphocytes T CD4+_effecteurs_{... 27}

Tableau IV : Fonctions des principaux lymphocytes T CD4+_effecteurs_{... 27}

Tableau V : Résumé des études analysant la composition du microbiote lors d’une infection au VIH-1 ... 40

(8)

Liste des figures

Figure 1 : La propagation du VIH-1 de groupe M entre 1920 et 1960 ... ... 2

Figure 2 : La prévalence de l’infection au VIH-1 ... 3

Figure 3 : Le génome viral ... 5

Figure 4 : La particule virale ... 6

Figure 5 : Le cycle réplicatif du VIH-1 ... 14

Figure 6 : Le développement des lymphocytes T ... 25

Figure 7 : La plasticité chez les lymphocytes T CD4+_{... 28}

Figure 9 : Composantes des parois bactériennes ... 46

Figure 10 : Les récepteurs de reconnaissances de motifs moléculaires associés aux pathogènes ... 47

Figure 11 : Spécificité des récepteurs de type Toll ... 48

Figure 13 : Voies de signalisation des récepteurs de type Toll ... 51

Figure 14 : Schématisation des voies métaboliques des carbohydrates ... 57

Figure 15 : Les principaux petits acides gras ... 59

(9)

Liste des abréviations

ADN Acide désoxyribonucléique

ADP Adénosine diphosphate

AIDS Acquired immune deficiency syndrome

Ala Alanine

ANOVA One-way analysis of variance

AP-1 Activator protein 1

AP-4 Activator protein 4

APC Antigen-presenting cell

APC Allophycocyanin

APC-Cy™7 Allophycocyanin-Cy™7

APOBEC3G Apolipoprotein B Editing Catalytic subunit-like 3-G

ARN Acide ribonucléique

ARNt Acide ribonucléique de transfert

ATCC American type culture collection

ATP Adénosine triphosphate

Bcl-6 B cell lymphoma 6 protein

BCR B cell receptor

BSA Bovine serum albumin

BTK Tyrosine kinase de Bruton

CA Capside

CCL1 Chemokine (C-C motif) ligand 1

(10)

CCL27 Chemokine (C-C motif) ligand27

CCR1 C-C chemokine receptor type 1

(11)

CD13 Cluster of Differentiation 13

CD134L Cluster of Differentiation 134 ligand

CD14 Cluster of Differentiation 14 CD154 Cluster of Differentiation 154 CD16 Cluster of Differentiation 16 CD196 Cluster of Differentiation 196 CD21 Cluster of Differentiation 21 CD24 Cluster of Differentiation 24 CD25 Cluster of Differentiation 25 CD27 Cluster of Differentiation 27 CD28 Cluster of Differentiation 28 CD282 Cluster of Differentiation 282 CD3 Cluster of Differentiation 3

CD45RA Cluster of Differentiation 45RA

(12)

CD62L Cluster of Differentiation 62 ligand CD69 Cluster of Differentiation 69 CD70 Cluster of Differentiation 70 CD71 Cluster of Differentiation 71 CD8 Cluster of Differentiation 8 CD80 Cluster of Differentiation 80 CD86 Cluster of Differentiation 86 CDK9 Cyclin-dependant kinase 9

CFSE Carboxyfluorescein succinimudyl ester

CHU Centre hospitalier universitaire

CIHR Canadian Institutes of Health Research

CLR C-type lectin receptor

CMH-I Complexe majeur d'histocompatibilité de classe I CMH-II Complexe majeur d'histocompatibilité de classe II

CO2 Dioxyde de carbone

CT C-tail

CXCL10 Chemokine (C-X-C motif) ligand 10

CXCR3 C-X-C chemokine receptor type 3

(13)

CypA Cyclophiline A

DC-SIGN Dendritic Cell-Specific Intercellular adhesion molecule-3-Grabbing Non-integrin

DC-SIGNR Dendritic Cell-Specific Intercellular adhesion molecule-3-Grabbing Non-integrin related

DCIR Dendritic Cell immunoreceptor

DISC Death-inducing signaling complex

DMEM Dulbecco's Modified Eagle Medium

DMSO Diméthylsulfoxyde

DN Double négatif

DNA Deoxyribonucleic acid

DNAse Désoxyribonucléase

dNTP Désoxyribonucléotides triphosphate

DP Double positif

Dr Docteur

EDTA Ethylenediaminetetraacetic acid

ELISA Enzyme-linked immunosorbent assay

Env Enveloppe

ESCRT-I Endosomal sorting complexes required for transport-1

EZH2 Enhancer of Zeste homolog 2

FBS Fetal bovine serum

FFAR2 Free fatty acid receptor 2

FFAR3 Free fatty acid receptor 3

FITC Fluorescein

FODMAP Fermentable Oligo-, Di-, Mono-saccharides and Polyols

FoxP3 Forkhead box P3

(14)

GALT Tissus lymphoïdes associés au système gastro-intestinal GATA3 Trans-acting T-cell-specific transcription factor GATA3

GIPL Glycoinositolphospholipides

GITR Glucocorticoid-induced TNFR-related protein

GlcNac N-acétyle-glucosamine

gp120 Glycoprotéine de 120 Kilo Dalton

gp41 Glycoprotéine de 41 Kilo Dalton

GPI Glycosylphosphatidylinositol

GPR41 Orphan G-protein coupled receptor 41

GPR43 Orphan G-protein coupled receptor 43

GSL Glycosphingolipides

HDAC Histone désacetylase

HLA-C Human leukocyte antigen-antigen C

HLA-DR Human leukocyte antigen-antigen D related

HLA-E Human leukocyte antigen-antigen E

HR1 Hydrophobic region 1

HR2 Hydrophobic region 2

HSA Heat stable antigen

I-FABP Intestinal-fatty acid binding protein

ICAM-1 InterCellular Adhesion Molecule-1

ICOS Inducible T-cell costimulator

IDO-1 Indoleamine-pyrrole 2,3-dioxygenase-1

IFNα Interféron α

IFNβ Interféron β

IFNγ Interféron γ

(15)

IgE Immunoglobuline E

IgG Immunoglobuline G

IKKα Inhibitor of nuclear factor-kb (Ikb)-kinase complex α

IKKβ Inhibitor of nuclear factor-kb (Ikb)-kinase complex β

IL-10 Interleukine-10 IL-12 Interleukine-12 IL-17 Interleukine-17 IL-18 Interleukine-18 IL-1β Interleukine-1β IL-2 Interleukine-2 IN Intégrase

IP-10 Interferon gamma-induced protein 10

IRAK-1 IL1-receptor-associated-kinase 1

IRAK-4 IL1-receptor-associated-kinase 4

IRES Internal ribosome entry site

IRF Interferon regulatory factor

ISRE IFN-stimulated response element

IκB Inhibitor of κB

JAM Molécule d’adhésion des jonctions

JNK C-Jun N-terminal kinase

KIRs Killer-cell immunoglobulin-like receptors

LAG-3 Lymphocyte activating 3

Lck Lymphocyte-specific protein tyrosine kinase

LEDGF Lens epithelium-derived growth factor

(16)

LLP-1 Lentivirus lytic peptide 1

LPS Lipopolysaccharide

LTR Long Terminal Repeat sequence

MA Matrice

mAb Monoclonal antibody

MAd-CAM-1 Mucosal vascular addressin cell adhesion molecule 1 MAP3K4 Mitogen-activated protein kinase kinase kinase 4

MAPK Mitogen-activated protein kinase

MCT1 Monocarboxylate transporter 1

MIP-1α Macrophage Inflammatory Protein-1 α

MIP-1β Macrophage Inflammatory Protein-1 β

MKK3 Mitogen-activated protein kinase kinase 3

ml Millilitre

MOI Multiplicity of infection

MPER Membrane proximal external region

MurNac Acide muramique N-acétyl

MYC Avian myelocytomatosis viral oncogene homolog

MyD88 Myeloid differentiation primary response gene 88

NC Nucléocapside

NCR Natural cytotoxicity receptors

Nef Negative factor

NEMO NF-κB Essential Modulator

(17)

NFAT Nuclear factor of activated T cells

NK Natural killer

NKG NK-gene complex

NLR Nucleotide-binding oligomerization domain (NOD)-like receptors

NOD Nucleotide-binding oligomerization domains

o_C _{Degré Celsius}

OKT3 Muromonab-CD3

Olfr78 Olfactory receptor 78

P-TEFb Positive transcription elongation factor

p6 Protéine de 6 Kilo Dalton

PAMP Pathogen-associated molecular patterns

PBMC Peripheral blood mononuclear cell

PBS Phosphate-buffered saline

PCR Réaction en chaîne par polymérase

PD-1 Programmed cell death 1

PD-L1 Programmed cell death-ligand 1

PE Phycoerythrin

PECy™7 Phycoerythrin-Cy7

PenStrep Pénicilline/Streptavidine

PerCPCy5.5 Peridinin chlorophyll protein-Cy5.5

pH Potentiel hydrogène

Ph.D. Philosophiæ doctor

PIC Complexe de préintégration

(18)

Pol Polymérase

polyI :C Polyinosinic :polycytidylic acid

PR Protéase

Pro Proline

PRR Récepteur de reconnaissance de motifs moléculaires

PTPN13 Protein tyrosine phosphatase, non-receptor type 13

RANTES Regulated on activation normal T Cell expressed and secreted

RC République du Congo

RDC République démocratique du Congo

rDNA ADN ribosomique

Rev Regulator of viral expression

RIG Retinoic acid-inducible gene receptors

RIP-1 Receptor-interacting protein 1

RLR Retinoid acid-inducible gene I (RIG-I)-like receptors

RORC RAR-related orphan receptor C

RORγT RAR-related orphan receptor gamma

ROS Reactive oxygen species

RPMI Roswell Park Memorial Institute medium

rRNA ARN ribosomique

RT Reverse transcriptase

SCFA Short chain fatty acid

SIDA Syndrome d'immunodéficience acquise

SIRT1 Class-3 HDAC sirtuin-1

SLC16A1 Solute carrier family 16 member 1

SLC5A8 Solute carrier family 5 member 8

(19)

Sp1 Specificity protein-1

SP1 Peptide d’espacement 1

SP2 Peptide d’espacement 2

sTLR Récepteur de type Toll soluble

SUV39H1 Suppressor of variegation 3-9 homolog 1

t-GPI-mucine Mucines glycosylphosphatidylinositol

TAB1 TAK1-Binding Protein 1

TAK1 TGF-β-Activated Kinase 1

TAR Transactivation responsive element

Tat Transactivator of transcription

TBK1 TRAF-family-member-associated NF-κB activator (TANK)-Binding kinase 1

TCID50 50% Tissue Culture Infective Dose

TCR T cell receptor

Tfh T follicular helper lymphocyte

TGF-β Transforming growth factor beta

Th1 T helper lymphocyte-1

Thr Thréonine

TIR Toll/interleukine-1 receptor

TIRAP Toll-Interleukin 1 receptor (TIR) domain containing adaptor protein

TLR1 Récepteur de type Toll-1

(20)

TLR2 Récepteur de type Toll-2

TLR8 Récepteur de type Toll-8

TMD Transmembrane domain

TNF Tumor necrosis factor

TNFα Tumor necrosis factor alpha

TRAF TNF receptor associated factor

TRAF6 TNF receptor associated factor-6

TRAIL TNF-related apoptosis-inducing ligand

TRAM TRIF-related adaptor molecule

Treg Lymphocyte T régulateur

TRIF TIR-domain-containing adapter-inducing interferon-β

TSA Trichostatin A

Ubc13 Ubiquitin-conjugating enzymes

Uev1A Ubiquitin-conjugating enzyme variant 1A

UNG2 Uracil-DNA glycosylase

Vif Viral infectivity factor

VIH-1 Virus d'immunodéficience humaine de type 1

VIH-2 Virus d'immunodéficience humaine de type 2

VIS Virus d’immunodéficience simienne

(21)

Vps4 Vacuolar protein sorting-associated protein 4

Vpu Viral protein U

YY-1 Yin Yang 1

ZAP-70 Zeta-associated protein of 70 kDa

(22)

(23)

Remerciements

Mes premiers remerciements sont adressés aux Drs Maria Fernandes, Marc Pouliot et Nicolas Chomont pour avoir accepté de siéger sur mon comité d’évaluation.

Je souhaite sincèrement remercier mon directeur de thèse, Dr Michel J. Tremblay, de m’avoir accueilli au sein de son équipe au cours de mes deux années de maîtrise et de mes cinq années de doctorat. Merci d’avoir été ce mentor de qui j’ai énormément appris. Votre passion, votre rigueur, et votre persévérance ont été pour moi de grandes sources de motivation.

M.O., merci d’avoir fait équipe avec moi depuis mes tous débuts. Merci de m’avoir écouté, supporté, conseillé, challengé et félicité lorsque venait le moment de le faire. Sans toi, je pense que mon parcours aurait été beaucoup plus ardu.

Aux membres de l’équipe, que vous m’ayez connu avec ou sans cheveux (ou les deux), merci! Sachez que tous les bons moments que nous avons passés ensemble resteront gravés dans ma mémoire. Votre présence a souvent allégé les longues journées de travail.

Jérôme, je tiens à te remercier pour qui tu es. Merci d’avoir été là et de m’avoir supporté durant toutes ces années. Tes encouragements m’ont toujours fait tellement de bien. Éric, merci de croire en moi… tout simplement. Ma dernière année de doctorat n’aurait pas été pareille sans que tu sois là pour me supporter lors les bonnes comme les moins bonnes journées.

Jonathan et Nadia, merci de m’avoir ouvert le chemin. Merci de toujours être là pour moi et d’avoir pris le temps de m’écouter et de me conseiller tout au long de ce cheminement. Carole et Roger, mes parents, merci pour votre amour inconditionnel. Je sais que fondamentalement vous croyez en ce que je suis et en ce que je fais. Je l’apprécie énormément. Sans vous et les valeurs que vous m’avez inculquées, me rendre là où je me suis rendu aurait été beaucoup plus difficile que ce que ce fut réellement.

(24)

Avant-propos

Mes études de doctorat ont mené à la soumission de deux articles scientifiques en tant qu’auteur principal.

L’article «TLR2 ligation enhances HIV-1 replication in activated CCR6+_CD4+_{T cells by}

increasing NF-κB» a fait l’objet d’une soumission dans la revue scientifique Journal of Virology en juillet 2016. Dans cet article, j’ai exécuté la totalité des expérimentations,

analysé les résultats et rédigé le manuscrit. Michel Ouellet et Michel J. Tremblay ont supervisé ma démarche scientifique et corrigé le texte avant sa soumission. Michel Ouellet se chargera des expérimentations supplémentaires nécessaires à la publication le cas échéant.

L’article «Acetate treatment promotes HIV-1 provirus integration in CD4+_{T cells by}

inhibiting class-1/2 HDAC activity» fera l’objet d’une soumission dans une revue

scientifique sous peu. Dans cet article, j’ai exécuté la totalité des expérimentations, analysé les résultats et rédigé le manuscrit. Michel Ouellet et Michel J. Tremblay ont supervisé ma démarche scientifique et corrigé le texte avant sa soumission. Michel Ouellet se chargera des expérimentations supplémentaires nécessaires à la publication le cas échéant.

(25)

Chapitre 1 : Introduction

1.1. Le virus d’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1)

1.1.1. L’origine du VIH-1

« Les premières études semblent démontrer que le VIH-1 aurait été transmis du chimpanzé à l’humain ». Voilà les propos relatés par la Pr Françoise Barré-Sinoussi lors de son discours d’acceptation du prix Nobel de Médecine 2008, lequel lui a été remis pour son apport à la découverte du VIH-1. Après plus de 30 ans suite à la découverte de l’agent causal du syndrome d’immunodéficience humaine (SIDA) [2], ses origines, de sa toute première transmission à sa dissémination aux populations humaines, demeurent incertaines. Plusieurs études ont néanmoins avancé que les deux types de VIH (VIH-1 et VIH-2) infectant les humains découlent de leur homologue simien, le virus d’immunodéficience simienne (VIS) [3-6]. En effet, il a été démontré que certaines souches de VIH-2 sont impossibles à distinguer des souches VIS infectant le mangabey de l’Ouest africain et que les zones d’épidémie du VIH-2 peuvent parfaitement se superposer à celles du VIS. En 1990, il a aussi été suggéré que le VIH-1 pourrait dériver du VIS infectant les chimpanzés, puisque chacun de leur génome s’organisait de façon identique [5] : hypothèse qui a d’ailleurs été confirmée en 1999 alors qu’au Cameroun, des cas d’infection par des souches de VIH-1 très apparentées au VIScpz circulant chez les chimpanzés Pantroglodytes troglodytes de la même région ont été répertoriés [3, 4].

En se basant sur une approche statistique analysant des séquences virales, une étude publiée en 2014 a, quant à elle, tenté d’élucider les origines spatiotemporelles de la pandémie et d’associer la propagation du virus avec les changements sociaux présents au début du siècle en Afrique centrale [7]. Au cours de ce projet, des analyses préliminaires de toutes les séquences de VIH-1 disponibles ainsi que l’étude des variétés de chimpanzés vivant dans les pays entourant le bassin du fleuve Congo ont indiqué que le groupe M du VIH-1 aurait été propagé de la République démocratique du Congo (RDC) aux pays avoisinants. Ces données, et d’autres [8-11], ont non seulement rapporté une très grande diversité génétique du VIH-1 dans la capitale de la République démocratique du Congo, Kinshasa, mais également dans la capitale de la République du Congo (RC), Brazzaville, suggérant ainsi leur fort potentiel à être les berceaux de la pandémie [12, 13]. Ces hypothèses semblent s’être confirmées 1) par des analyses phylogéographiques de virus échantillonnés sur les territoires de la RDC/RC et 2) par des comparaisons entre les séquences virales et l’histoire phylogénétique, lesquelles démontrent que l’origine

(26)

spatiotemporelle de la pandémie du VIH-1 serait la ville de Kinshasa vers 1920. Suite à une transmission localisée, résultant vraisemblablement de la chasse aux primates, les premiers cas de dissémination du virus de Kinshasa aux pays de l’Afrique centrale seraient corrélés avec la mise en place du réseau maritime le long de la rivière Sangha : lequel permettait le marché de l’ivoire et du caoutchouc entre la RDC et le Cameroun durant la période de colonisation allemande [14, 15]. Tel que démontré à la figure 1, ce n’aurait été que vers le début des années quarante et cinquante, suite à l’élaboration du système de transport de la RDC, que les cas d’infection auraient surgi dans la portion australe de la RDC et en Afrique centrale et septentrionale [7, 16].

(27)

1.1.2. L’infection par le VIH-1 1.1.2.1. Épidémiologie

Au cours des décennies suivantes, l’infection s’est répandue au point où, vers le milieu des années 80, près de la moitié des cas africains émergeaient de sites secondaires créant ainsi une distribution géographiquement hétérogène sur tout le continent et même au-delà de ses frontières [17]. Les données statistiques publiées par ONUSIDA (Figure 2) démontrent que parmi les 34,3 à 41,4 millions de cas d’infection recensés en 2014 [18], près de 70 % d’entre eux sont répertoriés en Afrique subsaharienne et environ 6,5 % en Europe et en Amérique du Nord.

Figure 2 : La prévalence de l’infection au VIH-1 (adaptée de [18])

L’Agence de la santé publique du Canada estimait, quant à elle, à près de 75 500 le nombre de personnes vivant avec le VIH-1 sur son territoire en 2014 dont environ 18 000 résident au Québec [19, 20]. Ces dernières, inégalement réparties parmi les régions administratives, se retrouvent majoritairement dans les grands centres dont la région de Montréal, de la Montérégie et de la Capitale-Nationale. Ainsi, la ville de Québec comptant approximativement 1200 citoyens vivant avec le VIH-1, est la troisième région en importance en termes d’infections dans la province [20].

(28)

1.1.2.2. Transmission

La transmission du VIH-1 d’une personne à une autre résulte en général d’une exposition de la mère à l’enfant, d’une inoculation percutanée, ou encore d’une exposition aux muqueuses [21]. Cette dernière, souvent survenue suite à un comportement à risque, est vue comme la source principale de l’infection. Son incidence peut être positivement influencée par différents facteurs de risque associés tels que 1) certaines maladies génitales, 2) le stade d’infection de la personne atteinte, 3) la gestation et 4) la voie d’exposition ou diminuée par certains autres tels que la circoncision [22-32]. Les facteurs socioéconomiques peuvent également agir indirectement sur la transmission de l’infection, en ce sens où l’entourage social pourrait influencer les décisions prises par la personne rendant à risque son comportement [33].

1.1.3. La classification

Dès son apparition en 1920, le VIH-1 se présentait sous ses formes M et O chez la population de la RDC. À l’aide de méthodes basées sur la théorie de la coalescence [7], l’expansion de l’infection de chacun de ces groupes a été étudiée afin d’expliquer la prédominance actuelle du groupe M considéré comme pandémique. Les données recueillies proposent qu’au départ, la propagation des différents groupes de VIH-1 ait été de très faible importance. Ainsi, les groupes M et O auraient été restreints à la population vivant dans la région de Kinshasa lors des premières décennies suite à l’apparition du virus [7]. Vers 1960, le groupe O, moins infectieux vu sa sensibilité accrue à la protéine antivirale tétherine [34, 35], a été confiné au Cameroun et à ses pays avoisinants [36, 37]. De son côté, le groupe M a subi une forte émergence, probablement corrélée avec l’augmentation d’injections non stériles par les autorités et/ou l’augmentation du nombre de clients des travailleurs du sexe dans la région de Kinshasa [13]. Depuis, le groupe M (divisé en 9 sous-types (A-D, F-H, J et K) dont le C qui est responsable de plus de 50 % du total des cas d’infections [38] et le B qui sévit principalement en Amérique, en Europe, en Australie et au Japon [39]) est devenu la forme la plus répandue de l’infection contemporaine. Le groupe O, représentant moins de 1 % des infections actuelles, ainsi que les groupes N (recensé en 1998 chez 13 patients [40]) et P (recensé chez 2 patients en 2009 [41]) sont responsables du reste des infections répertoriées.

(29)

1.1.4. La structure du virion

1.1.4.1. Organisation génomique et morphologique

Le VIH-1, lentivirus de la famille des rétrovirus complexes variant de 120-200nm de diamètre, possède un génome composé de deux copies d’acide ribonucléique (ARN) simple brin de polarité positive d’une longueur de 9200 nucléotides (Figure 3). En plus des trois gènes principaux communs à tous les rétrovirus : 5’ gag-pol-env 3’, ce dernier contient six autres cadres de lecture utiles à la synthèse de petites protéines de régulation (Tat (Transactivator of transcription), Rev (Regulator of viral expression), Vpu (Viral protein

U), Vif (Viral infectivity factor), Vpr (Viral protein R) et Nef (Negative factor)). En ses

portions 5’ et 3’, la région codante du génome est flanquée de régions non traduites identiques nommées LTR (Long term repeat). Ces séquences hautement structurées sont composées de trois segments (U3, R et U5) et sont impliquées dans la régulation de la transcription, l’épissage, la dimérisation, l’encapsidation et la transcription inverse du génome.

Figure 3 : Le génome viral (adaptée de [42])

Le génome du VIH-1 use d’un procédé d’épissage de l’ARN très sophistiqué permettant l’expression de 15 protéines virales [43]. En effet, le matériel génétique contient plusieurs sites d’épissage pouvant mener à la formation d’une trentaine de possibilités d’ARNs messagers (ARNm) polycistroniques répartis en trois classes distinctes [43, 44]. La première correspond à l’ARNm primaire non épissé d’une longueur de 9200 nucléotides codant pour les précurseurs polyprotéiques Gag (Group specific antigen) et Gag-Pol (Group specific antigen-Polymerase). La deuxième correspond à des ARNm partiellement épissés d’une longueur de 4000-5000 nucléotides pouvant coder pour le précurseur

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polyprotéique d’enveloppe (Env), Vif, Vpu, Vpr et Tat. La troisième correspond à des ARNm épissés d’une longueur d’environ 2 000 nucléotides pouvant coder pour Rev, Nef et Tat [43]. Suite à l’infection d’une cellule hôte par le VIH-1, il est connu que les ARNm épissés codant pour les petites protéines de régulation telles que Rev, Nef et Tat sont rapidement transcrits, alors que les ARNm des deux premières classes le sont plus tardivement [45, 46].

Figure 4 : La particule virale (adaptée de [42])

Dans la particule virale mature (Figure 4), le génome composé de deux copies d’ARN simple brin de polarité positive est stabilisé par les protéines de la nucléocapside (NC, p7). Ce complexe ribonucléoprotéique, la protéase (PR, p11), la rétro-transcriptase (RT, p66/p51) et l’intégrase (IN, p31) sont confinés dans une capside conique composée de 1 000-1 500 protéines (CA, p24) [47], laquelle est entourée d’une coque sphérique nommée matrice. Les protéines formant la matrice (MA, p17) tapissent la face interne de la bicouche lipidique enveloppant la particule virale. Cette dernière, provenant de la membrane plasmique de la cellule productrice [48-52], est enrichie en cholestérol et en sphingolipides [53, 54], exprime les glycoprotéines de l’enveloppe gp120/gp41 [55] et incorpore certaines molécules de l’hôte [56]. Outre les protéines de structures et les enzymes présentes dans la capside, la particule renferme les protéines virales p6, Vpr et

(31)

Nef, ainsi que de nombreuses composantes cellulaires dont les mieux caractérisées sont l’acide ribonucléique de transfert (ARNtLys3_{) et la cyclophiline A [56, 57].}

1.1.4.2. Protéines virales

Les principales protéines du VIH-1 sont initialement synthétisées sous forme de précurseurs polyprotéiques, lesquels sont clivés en protéines matures par les protéases virales ou cellulaires. Le premier précurseur de 500 acides aminés Gag (Pr55Gag_),

possédant un poids moléculaire de 55 kDa [58], est clivé par la protéase virale pour donner naissance aux protéines p17 (MA), p24 (CA), p7 (NC) et p6 et aux deux peptides d’espacement SP1 (situé entre CA et NC) et SP2 (situé entre NC et p6) [59]. Suite à son autocatalyse, le deuxième précurseur Gag-Pol (Pr160Gag-Pol_{) (long de 1451 acides aminés}

et possédant un poids moléculaire de 160 kDa) génère la protéase p11 (PR), la rétro-transcriptase p66/p51 (RT), l’intégrase p31 (IN) et les protéines de structure mentionnées précédemment [60, 61]. Suite à son clivage par des protéases cellulaires (furines), le troisième précurseur Env (d’un poids moléculaire de 90 kDa et comportant 856 acides aminés [62]) donne la glycoprotéine de surface gp120 et la glycoprotéine transmembranaire gp41. Les six petites protéines Tat, Rev, Vif, Vpr, Vpu et Nef sont, quant à elles, produites directement de la traduction d’ARNm épissés.

1.1.4.2.1. Protéines issues de Gag MA, p17

La protéine de matrice MA composée des 132 acides aminés possède deux domaines de structure. La myristylation de la portion N-terminal formant une tête globulaire composée de quatre hélices alpha et de résidus basiques favorisent l’association de la protéine avec la bicouche lipidique via des interactions électrostatiques [63-65]. Cette capacité à se lier aux membranes, en plus de celle qu’elle a à interagir avec la queue cytoplasmique de la gp41 (ce qui permet l’incorporation de Env dans la bicouche lipidique [66]), fait de MA un élément primordial pour l’assemblage de la particule virale. La MA joue également un rôle important lors des premières étapes du cycle viral en aidant la libération du virion dans le cytoplasme de la cellule hôte suite à la fusion [67] et en participant à l’import nucléaire grâce à 1) son incorporation dans le complexe de transcription inverse, 2) son signal de localisation nucléaire en N-terminal et 3) sa capacité à interagir avec un membre de la famille des importines α [68-71].

(32)

CA, p24

La protéine CA est issue de la partie centrale de la polyprotéine Pr55Gag_{. Composée de}

deux domaines distincts dont l’un, en N-terminal, constitué de sept hélices α et de deux épingles à cheveux β [72] et l’autre, en C-terminal, constitué de quatre hélices α [73], la CA est reconnue pour être indispensable à la formation et à la stabilisation de la capside chez les particules virales. En effet, le domaine C-terminal permet la dimérisation de Gag et le domaine N-terminal stabilise les dimères [73-75].

De plus, la CA peut se lier à la cyclophiline A (CypA) et permettre son incorporation dans la particule virale [76]. En se liant à la proline 90 de la boucle du domaine N-terminal de la CA, cette cis-trans-peptidyl-prolyl isomérase cellulaire est internalisée dans le virion à une fréquence d’une protéine pour 10 précurseurs Gag [77-80]. Outre son activité catalytique induisant un changement conformationnel de la CA [81], la CypA est reconnue pour être un facteur important au pouvoir infectieux lors des étapes précoces du cycle réplicatif. Des mutations au niveau du motif de fixation de la CypA dans Gag et/ou le traitement des cellules avec la cyclosporine A (un inhibiteur de la CypA) diminuent l’infectivité du virus. Cet effet est corrélé à une synthèse déficiente des premiers intermédiaires de l’ADN proviral lors de l’étape de l’initiation de la transcription inverse [79, 80, 82, 83].

NC, p7

Issue de la partie C-terminal de Pr55Gag_{, la protéine NC est composée de 55 acides}

aminés [84, 85]. En plus de participer à l’encapsidation de l’ARN génomique viral dans le virion, la NC joue un rôle indispensable lors de l’étape de transcription inverse (association de l’ARNt [86], initiation et élongation de la transcription inverse, transfert de brin positif et négatif et déplacement de brin [87]) ainsi que lors de l’intégration [88, 89].

p6

La p6 est issue de la partie C-terminal de la polyprotéine Pr55Gag_{et est composée de 52}

acides aminés. Cette protéine riche en proline participe au bourgeonnement et à la libération de la particule virale en se liant avec le facteur Tsg-101 du complexe ESCRT-I (Endosomal sorting complexes required for transport-1) par son motif Pro-Thr-Ala-Pro (PTAP) [90-93]. De plus, la p6 est responsable de l’incorporation de la protéine accessoire Vpr dans le virion [90, 94].

(33)

1.1.4.2.2. Protéines issues de Gag-Pol

La polyprotéine Pr160Gag-Pol _{est produite suite à un changement de cadre de lecture du}

ribosome (-1) au cours de la traduction de l’ARNm non épissé codant pour les précurseurs polyprotéiques Gag et Gag-Pol [95]. Ce changement de cadre de lecture, induit par une structure ARN secondaire et une « séquence glissante » composée de six résidus uridine, assure un ratio d’incorporation 1 :20 de Gag et Gag-Pol dans la particule virale [60, 61].

PR, p11

La protéase virale, composée de 99 acides aminés, est une aspartyl-protéase responsable du clivage de Gag et de Pol. Pour être active, elle doit se présenter sous sa forme homodimérique et elle doit se libérer par autocatalyse de la polyprotéine Pr160Gag-Pol_[96,

97]. Cette étape qui est effectuée rapidement suite au bourgeonnement de la particule virale permet à la PR de cliver les autres sites de Gag et Pol et de donner naissance aux protéines de structure et aux autres enzymes RT et IN. Une fois que le processus de maturation du virion est entamé et que tous les précurseurs de gag ont été clivés, les p6 nouvellement produites viendront inhiber l’activité de la protéase. La PR joue donc un rôle majeur lors de l’étape de maturation en induisant plusieurs changements dans la morphologie de la particule virale.

RT, p66/p51

La transcriptase inverse, une protéine de 560 acides aminés, est une enzyme virale responsable de la modification de l’ARN génomique simple brin en ADN proviral double brin pouvant à être intégré dans le génome de la cellule hôte. En tant qu’hétérodimère, les fonctions de la RT sont accomplies grâce aux activités enzymatiques spécifiques à chacune de ses deux sous-unités. La sous-unité fonctionnelle p66 permet 1) la synthèse de l’ADN proviral grâce à son activité polymérase et 2) la dégradation de l’ARN au sein de l’hybride ARN/ADN généré lors des étapes intermédiaires de la rétro-transcription. La sous-unité p51 joue, quant à elle, un rôle de stabilisation de l’hétérodimère [98-101].

La RT ne possède cependant pas d’activité exonucléase 3’ – 5’ permettant un processus de lecture d’épreuve [102]. Cette caractéristique entraîne donc une faible fiabilité de l’activité polymérase et une incapacité à corriger les erreurs faites durant la conversion génomique [103, 104]. Pour cette raison, le VIH-1 est reconnu comme étant très variable puisqu’il génère d’une à deux mutations par cycle de réplication [105]. Ce potentiel

(34)

mutagène lui est d’ailleurs très utile pour esquiver le système immunitaire et développer des résistances aux antirétroviraux.

IN, p31

L’intégrase virale, composée de 288 acides aminés, résulte du clivage de la portion C-terminale de Pol. Elle possède un domaine contenant un motif en doigt de zinc (lui permettant de former des multimères) et un site catalytique nécessaire à la réaction enzymatique [106, 107]. L’IN fait partie du complexe de préintégration (PIC) qui permet le déplacement de l’ADN proviral du cytoplasme vers le noyau et son intégration dans le génome cellulaire [108, 109]. Une fois dans le noyau, l’enzyme 1) interagit avec la protéine cellulaire LEDGF (Lens epithelium-derived growth factor) pour se lier à la chromatine, 2) excise deux nucléotides de chaque extrémité 3’ du génome viral et 3) l’insère dans une région transcriptionnellement active du matériel génétique de la cellule hôte [110, 111]. 1.1.4.2.3. Protéines issues de Env

Les deux glycoprotéines g120 et gp41 exprimées à la surface de la particule virale sont issues du clivage du précurseur polyprotéique Env (gp160). Synthétisée par les ribosomes associés au réticulum endoplasmique rugueux, la polyprotéine gp160 subit plusieurs étapes de maturation (glycosylation, formation de ponts disulfure et repliement) avant de s’oligomériser et se rendre vers l’appareil de Golgi [112, 113]. À cet endroit, la maturation des résidus glucidiques est terminée et un site de clivage placé dans la région centrale de la polyprotéine est reconnu par les furines. La gp160 est lysée, ce qui génère les deux protéines de l’enveloppe gp120 et gp41 liées de façon non covalente [114-117]. Leur transport se fait ensuite vers la membrane cellulaire où elles y seront présentées sous forme de trimères d’hétérodimères gp120/gp41 [118, 119].

SU, gp120

La glycoprotéine gp120 est composée de 483 acides aminés et possède un poids moléculaire de 120 kDa suite aux étapes de glycolysation effectuées dans le réticulum endoplasmique rugueux [120]. Ce produit du précurseur gp160 contient cinq domaines relativement bien conservés (C1-C5) s’intercalant entre cinq boucles variables (V1-V5) [121, 122]. Avec l’aide de ponts disulfure, ces domaines forment des structures en boucle présentes à la surface de la gp120 [123, 124]. La boucle V3 est impliquée dans la liaison de la gp120 avec les corécepteurs viraux CCR (C-C motif chemokine receptor

)

5 et CXCR (C-X-C chemokine receptor type) 4, alors que la boucle formée des domaines V4 et C4 est

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importante pour la liaison de la glycoprotéine avec le récepteur CD (Cluster of

Differentiation) 4 à la surface de la cellule hôte [125, 126].

TM, gp41

Résultant de la protéolyse du précurseur gp160, la glycoprotéine transmembranaire gp41 est composée d’environ 345 acides aminés et comprend trois sections : 1) le domaine extracellulaire nommé ectodomaine, 2) le domaine transmembranaire TMD (transmembrane domain) et 3) le domaine intracytoplasmique appelé CT (C-Tail).

L’ectodomaine est composé de sept portions nécessaires à l’étape de fusion de la particule virale avec la cellule hôte. Parmi celles-ci nous retrouvons, en N-terminal, le peptide de fusion (dissimulé dans la structure quaternaire gp120/gp41), une région polaire et deux régions hydrophobes (HR1 et HR2) liées par un pont disulfure et une boucle hydrophile. Suite à la liaison de la gp120 à son récepteur CD4 et à son corécepteur CCR5 ou CXCR4, la gp41 change de conformation afin d’exposer son peptide de fusion à la bicouche phospholipidique de la cellule hôte et interagit avec le domaine MPER (Membrane proximal external region) de la région HR2 pour former le port de fusion [119, 127-129].

Le domaine TMD, d’une longueur d’à peine 25 acides aminés, permet l’ancrage des glycoprotéines d’enveloppe à la membrane de la cellule hôte. Selon certains, le TMD traverserait une seule fois la paroi virale laissant le domaine CT à l’intérieur de la particule, alors que d’autres proposent plutôt que le TMD pourrait transpercer la paroi du virion à trois reprises exposant le domaine CT à l’extérieur de la particule virale. Cette seconde hypothèse expliquerait la production d’anticorps IgG monoclonaux et polyclonaux dirigés contre l’épitope ERDRD retrouvé dans le domaine CT [130].

Le domaine CT est une longue section de 150 acides aminés de la glycoprotéine gp41 et est formé des trois motifs : LLP-1 (lentivirus lytic peptide 1), LLP-2 (lentivirus lytic

peptide 2) et LLP-3 (lentivirus lytic peptide 3). De par leur caractère hydrophobique, ces

motifs pourraient se lier à la membrane de la cellule hôte et pourraient faciliter l’incorporation des glycoprotéines d’enveloppe [131, 132].

1.1.4.2.4. Protéines virales régulatrices Tat

Tel que proposé par l’éloquence de son nom, la protéine Tat est reconnue pour son grand rôle dans la trans activation de la transcription [133]. La synthèse précoce de Tat

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nécessite un double épissage de l’ARNm, après quoi, cette protéine de 101 acides aminés est soit sécrétée dans le milieu extracellulaire ou encore dans le noyau de la cellule [134]. De par sa capacité à lier la machinerie de transcription cellulaire via sa région N-terminale et le motif en épingle à cheveux ARN TAR (Transactivation responsive element), la protéine Tat promeut la transcription des gènes viraux par l’ARN polymérase II. En outre, la protéine Tat possède la capacité de 1) remodeler la chromatine, 2) phosphoryler l’ARN polymérase II et 3) participer à la transcription inverse [135-137].

Rev

La protéine de régulation Rev, issue de la traduction de l’ARNm doublement épissé, est responsable de l’export nucléaire des ARNm viraux non épissés et partiellement épissés [138, 139]. Pour ce faire, sa région N-terminal (riche en arginines) se lie à l’ARN et sa région C-terminal (riche en leucines) catalyse le transport du matériel génétique vers le cytoplasme cellulaire par les pores nucléaires [140-142]. Une fois cette action terminée, la protéine Rev retourne dans le noyau via un système d’importines [143].

1.1.4.2.5. Protéines virales accessoires Vif

La protéine Vif, possédant 192 acides aminés, est nécessaire à la réplication du virus chez les lymphocytes T [144, 145]. Cet effet a été corrélé avec sa capacité à inhiber le facteur cellulaire APOBEC3G (apoliprotein B mRNA-editing enzyme, catalytic polypeptide-like 3G) reconnu pour posséder une activité antivirale [146]. La polyubiquitination d’APOBEC3G favorisée par la protéine Vif induit sa dégradation par le protéasome empêchant ainsi son incorporation dans la particule virale [147, 148].

Vpr

Vpr est une protéine de 96 acides aminés incorporée dans la particule virale via son interaction avec la protéine p6 [149]. Qu’elle soit à l’intérieur du virion ou nouvellement synthétisée au sein de la cellule, la protéine Vpr possède plusieurs champs d’activités. En plus d’induire la mort cellulaire par arrêt [150], ou non [151], du cycle cellulaire en phase G2, Vpr peut 1) favoriser l’import nucléaire du complexe de pré- intégration (PIC) dans lequel elle est incorporée [152, 153] et 2) entraîner la diminution des erreurs induites par la transcriptase inverse en permettant l’incorporation de l’UNG2 (Uracil-DNA glycosylase) dans le virion, [154].

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Vpu

Formée de 81 acides aminés, la protéine Vpu est exprimée tardivement lors du cycle réplicatif du VIH-1. Sa partie N-terminale (hydrophobe) lui permet de s’ancrer dans les membranes cellulaires et d’induire la dégradation du facteur de restriction Tétherine (lequel retient les virions nouvellement formés à la surface des cellules infectées) [155-157]. Son domaine C-terminal est impliqué dans la séquestration et la dégradation de la molécule CD4 à l’intérieur de la cellule hôte, ce qui empêche sa surinfection et facilite le bourgeonnement des nouveaux virions [158, 159].

Nef

Exprimée très précocement, cette protéine virale de 206 acides aminés est myristoylée afin de pouvoir s’ancrer aux membranes cellulaires [160]. Tout comme Vpu, Nef participe à la régulation de l’expression de surface de molécules telles que le CD4 et le complexe majeur d’histocompatibilité de classe 1 (CMH-I) [161-165]. De plus, cette protéine accessoire augmente l’infectiosité de la particule virale [166, 167] et module certaines voies de signalisation cellulaire [168].

(38)

1.1.5. Le cycle réplicatif

Le cycle de réplication du VIH-1 est représenté à la figure 5 où les étapes typiquement retrouvées lors d’une infection productive chez le lymphocyte T CD4+_{sont passées en}

revue. Une description plus exhaustive de chacune d’elles suivra.

Figure 5 : Le cycle réplicatif du VIH-1 (adaptée de [169]) Les étapes initiées à la surface cellulaire

1.1.5.1. Attachement et entrée

La toute première étape du cycle de réplication viral s’effectue lorsque le virus rencontre une cellule hôte et qu’il s’y fixe. Lors de cette étape d’attachement, la glycoprotéine virale gp120 oligomérisée se lie au récepteur CD4 présent à la surface de la cellule. Cette interaction de faible affinité induit des changements de conformation chez le complexe gp120/gp41 et conduit à l’exposition d’un site de fixation de très haute affinité pour le corécepteur CCR5 ou CXCR4. Cette seconde liaison stabilise le virus à la surface cellulaire [170-172].

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Il est à noter que l’attachement du virus à la surface de la cellule peut également 1) être entraîné par la liaison de la gp120 avec certains autres récepteurs membranaires et 2) être soutenu par la liaison de protéines de l’hôte ayant été incorporées à l’enveloppe virale [173-175]. La gp120 peut se lier plus ou moins efficacement avec certaines lectines de type C telles que DC-SIGN (Dendritic Cell-Specific Intercellular adhesion

molecule-3-Grabbing Non-integrin) [176-179], DCIR (Dendritic Cell immunoreceptor) [180-183] et

DC-SIGNR (Dendritic Cell-Specific Intercellular adhesion molecule-3-Grabbing Non-integrin

related) [184] et d’autres molécules telles que les héparans sulfates [185-187], les

glycosphingolipides (GSL) [188] et l’intégrine α4β7 [189-193].

Ainsi, suite à la liaison de la gp120 avec le CD4 et le récepteur de chimiokine CCR5 ou CXCR4, la gp41 change de conformation et insère son peptide de fusion, hydrophobe, dans la membrane de la cellule cible [124, 194, 195]. À ce moment, la gp41, faisant partie intégrante de la membrane virale et de la membrane cellulaire, initie leur rapprochement et leur fusion. Cette étape dynamique nécessite un réarrangement du cytosquelette menant à la liaison de la membrane externe du virus et de la cellule en un point précis où se forme une structure lipidique métastable [196]. L’étirement subséquent de cette structure permet aux couches lipidiques distales de chacune des entités de se rejoindre et de former un film d’hémifusion lequel, lorsque rompu, entraîne la formation du pore de fusion [195]. Ce dernier, élargi suite à un réarrangement du cytosquelette, permet l’entrée du virion à l’intérieur de la cellule hôte [197].

Il a cependant été démontré que l’entrée du VIH-1 se fait également via d’autres mécanismes [198]. En effet, le virus peut se retrouver dans des vésicules endosomales, d’où il peut fusionner avec la membrane et entrer à l’intérieur du cytoplasme ou être transféré à une autre cellule [198-200]. Cette infection dite en trans est caractérisée par le transfert de la particule virale d’une cellule donneuse non infectée (tel que les cellules dendritiques, macrophages, neutrophiles, cellules épithéliales et endothéliales) à une cellule susceptible (telle que les lymphocytes T CD4+_{) [177, 187, 201-203]. Le passage du}

virion demeuré infectieux se trouvant 1) sur la paroi cellulaire 2) au sein des invaginations de la membrane plasmique ou 3) dans les vésicules endosomales, se fait à la zone de contact de la synapse immunologique [204-206]. L’infection de cellule à cellule peut également se faire suite à une réorganisation du cytosquelette permettant le transfert de la particule virale d’une cellule infectée à une cellule non infectée [207]. Ce mécanisme, notamment observé chez les lymphocytes T CD4+_{, est provoqué par l’élongation}

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d’extensions membranaires riche en actine [208, 209], ou encore par un contact entre les deux cellules au niveau de la synapse virologique (structure scellée par des molécules d’adhésion regroupant le CD4, les corécepteurs et les glycoprotéines d’enveloppe virale) [210-212].

Les étapes se déroulant dans le cytoplasme 1.1.5.2. Décapsidation

L’étape de décapsidation subséquente à l’entrée du virion dans la cellule est très peu documentée et mal expliquée. Des analyses de microscopie électronique démontrant l’absence de capside virale dans le cytoplasme et de protéine CA dans le complexe de transcription inverse ont mené à l’établissement d’un premier modèle proposant que la décapsidation de la particule virale soit faite près de la membrane cellulaire rapidement suite à la fusion [213]. Une purification du complexe de transcription inverse a conduit à un deuxième modèle voulant que la décapsidation, se déroulant de l’entrée du virion jusqu’à l’étape de transcription inverse, soit provoquée par des changements successifs dans l’environnement cytoplasmique impliquant des facteurs cellulaires [68, 214-216]. Un troisième modèle a proposé une décapsidation plus tardive où la capside virale permettrait le confinement de l’enzyme RT jusqu’au pore nucléaire [217]. Jusqu’à présent, chacun de ces modèles n’a pas fait consensus. Le premier semble peu propice au trafic du complexe de transcription inverse par le cytosquelette d’actine. Le deuxième peut être biaisé par la grande sensibilité des complexes de transcription inverse pour les tampons d’extraction utilisés, alors que le troisième se base sur des études de microscopie électronique distinguant difficilement l’intégrité de la capside virale aux abords des pores nucléaires. 1.1.5.3. Transcription inverse

Au sein même du complexe de transcription inverse où se côtoient protéines cellulaires et protéines virales (RT, IN, PR NC, CA (selon certains), MA, Nef, Vpr et Vif), se trouve l’ARN génomique auquel s’est associée l’amorce cellulaire ARNtLys3_{[68]. L’étape de}

transcription inverse correspond à une conversion hautement régulée de l’ARN en ADN proviral. D’abord, l’enzyme RT se lie à l’amorce ARNtLys3_{et synthétise un brin d’ADN}

complémentaire (ADNc) à l’ARN génomique [218]. Une fois qu’elle a terminé, la RT, de par son activité RNase H, dégrade le brin d’ARN résiduel et finalise la synthèse de l’ADN proviral en produisant le second brin. L’ADN proviral double brin résultant est flanqué, en ses deux extrémités, de longues répétitions terminales (LTR) identiques ayant été

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ajoutées par la RT [219]. À ce moment, le complexe de transcription inverse devient le complexe de pré-intégration (PIC).

Les étapes se déroulant dans le noyau 1.1.5.4. Intégration

Une fois l’ADN proviral passé du cytoplasme au noyau via les pores nucléaires [220], il s’ensuit l’étape d’intégration engendrée par l’intégrase virale [71]. Dans un premier temps, des nucléoporines cellulaires transportent le complexe de pré-intégration de la membrane nucléaire vers le site d’intégration où, dans un deuxième temps, des facteurs cellulaires lient l’intégrase virale à un site transcriptionnellement actif de la chromatine [220-222]. L’enzyme retire quelques nucléotides de l’ADN proviral, coupe l’ADN génomique et y enlève ensuite quelques nucléotides afin d’y intégrer le matériel génétique exogène [71]. Il est important de noter que l’ADN proviral, une fois dans le noyau de la cellule hôte, peut ne pas s’intégrer au matériel génomique. Ainsi, il est possible de retrouver de l’ADN proviral extrachromosomique pouvant être transcriptionellement actif sous forme linéaire ou encore d’épisome, lequel s’est formé suite à l’appariement des portions LTR ou lors d’une recombinaison homologue [223-225].

1.1.5.5. Transcription

Suite à l’intégration de l’ADN proviral dans le génome de la cellule hôte, la machinerie cellulaire de transcription synthétise des ARN messagers codant pour les protéines du virus, et ce, au cours de deux phases distinctes. Régulée uniquement par des facteurs de transcription cellulaire, la phase précoce s’effectue immédiatement suite à l’intégration et ne permet la transcription que des gènes tat, rev et nef. Les longs transcrits, quant à eux, sont générés suite à l’accumulation d’une quantité suffisante du transactivateur viral Tat lors d’une seconde phase de transcription dite tardive.

La transcription des gènes du VIH-1 est régulée par la région LTR se trouvant en 5’ du génome viral. Cette région promotrice est composée d’une boîte TATA [226], de trois séquences consensus pour la liaison du facteur cellulaire SP1 [227], ainsi que de deux sites de liaison pour les facteurs de transcription NF-κB (Nuclear factor-κβ) et NFAT (Nuclear factor of activated T cells) [228, 229].

Plus de trente transcrits, divisés en trois classes, peuvent ainsi être générés : 1) les ARN non épissés constituant l’ARN génomique ou les ARNm codant pour Gag et le précurseur GagPol, 2) les ARN partiellement épissés qui codent pour Env, Vif, Vpu et Vpr et 3) les

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petits ARN à épissage multiple qui codent pour Rev, Tat et Nef [230]. Les transcrits partiellement épissés et non épissés, en raison de la présence d’introns, sont exportés du noyau vers le cytoplasme par un mécanisme de transport dirigé par la protéine Rev [231]. Les étapes tardives se déroulant dans le cytoplasme et la matrice extracellulaire

Suite à leur exportation dans le cytoplasme, les transcrits partiellement épissés et non épissés sont traduits en protéines pouvant former de nouvelles particules virales infectieuses. Cette morphogenèse est divisée en trois étapes dont 1) l’assemblage, où toutes les protéines virales et cellulaires se réunissent pour concevoir le nouveau virion, 2) le bourgeonnement, où le virion traverse la membrane plasmique et acquiert son enveloppe lipidique et 3) la maturation, où le virion réarrange sa structure et devient infectieux.

1.1.5.6. Assemblage

L’assemblage de la particule virale débute dès que les précurseurs de Pr55Gag_et

Pr160GagPol_{sont synthétisés. D’abord, les polyprotéines Pr55}Gag_{se regroupent radialement}

à la surface interne de la membrane plasmique grâce à un domaine myristoylé présent en N-terminal du domaine MA [47, 63, 232, 233]. Ensuite, par le même domaine myristoylé, le précurseur Pr160GagPol_{s’ajoute à la formation protéique et l’ARN génomique est recruté}

grâce à la structure secondaire de son signal d’encapsidation situé dans sa portion 5’ et au motif en doigt de zinc du domaine NC de Pr55Gag_{[234, 235].}

1.1.5.7. Bourgeonnement

Une fois le matériel génomique et les protéines rassemblés à la surface interne de la membrane plasmique, l’étape de bourgeonnement est initiée afin de permettre la libération du virion à l’extérieur de la cellule productrice. Pour ce faire, la particule virale détourne le système de transport de vésicules à son avantage en usant de la voie ESCRT (endosomal

sorting complex required for transport) pour terminer sa polymérisation et catalyser sa

sortie dans le milieu extracellulaire. Ainsi, à l’aide de deux motifs tardifs présents dans son domaine p6 (PTAP et YPXL), elle recrute plusieurs facteurs du système ESCRT qui mobilisent les complexes ESCRT-III et Vps4 (Vacuolar protein sorting-associated protein 4) et qui organisent la fission membranaire [236-240].

Il est important de noter que le bourgeonnement de la particule virale se fait aux radeaux lipidiques (microdomaines où s’ancrent plusieurs composantes membranaires d’origine virale ou humaine importantes pour la pathogenèse virale) [66, 241-244]. Parmi les

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molécules de l’hôte retrouvées chez le virus, notons certaines protéines membranaires telles qu’ICAM-1 (InterCellular Adhesion Molecule-1), HLA-DR (Human leukocyte

antigen-antigen D related), CD40L, CD62L, CD39 et LFA-1 (Lymphocyte function-associated antigen 1) et certaines protéines cytoplasmiques telles que l’actine, les protéines de liaison

à l’actine, la Cyclophiline A et de nombreuses protéines de liaison à l’ARN [56, 173, 174, 245-253].

1.1.5.8. Maturation

Au cours du bourgeonnement ou suite au relargage de la particule virale dans le milieu extracellulaire, la particule virale subit d’importants changements structuraux menant à sa maturité [254]. Au cours de cette phase de maturation, les précurseurs de Pr55Gag_et

Pr160GagPol_{sont clivés par la protéase virale PR 1) condensant la capside virale en une}

structure conique de 1 500 protéines CA qui recouvre le complexe ribonucléoprotéique et 2) libérant la NC qui stabilise le dimère d’ARN au centre de la particule [254-256].