Mécanismes moléculaires de permissivité à l’infection par le VIH dans les lymphocytes T CD4+

Abstract

Le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1) cause une infection chronique caractérisée par la perte progressive des cellules T CD4+ et une susceptibilité accrue aux infections opportunistes. Les cellules T CD4+ polarisées Th17 jouent un rôle important dans l’immunité des muqueuses et le maintien de l’intégrité de la barrière intestinale. Cette population cellulaire est aussi la cible principale du VIH et est rapidement épuisée au niveau intestinal après l’infection. La thérapie antirétrovirale (TAR) ne permet pas de restaurer la fréquence et les fonctions des cellules Th17 intestinales, ce qui accroit le risque de comorbidités non-SIDA chez les sujets infectés sous TAR. Il est donc important d’identifier des stratégies thérapeutiques supplémentaires pour restaurer l'immunité de la muqueuse intestinale chez les personnes vivant avec le VIH recevant la TAR. Des études précédentes au laboratoire ont montré que le VIH persiste préférentiellement dans les cellules T CCR6+ à profil de polarisation Th17 du colon chez les sujets avirémiques sous TAR. De plus, l’induction du tropisme intestinal via l’acide rétinoïque (AR) augmente la permissivité à l’infection par le VIH des cellules T CCR6+.

Par le biais de mon projet doctoral, nous avons exploré les mécanismes par lesquels les cellules T CCR6+ à tropisme intestinal supportaient la réplication virale pour ainsi pouvoir identifier des nouvelles cibles thérapeutiques antirétrovirales et immuno-régulatrices. La première partie de ces travaux de thèse ont permis de montrer que l’induction du tropisme intestinal via l’AR active la voie Akt/PI3K/mTORC1 dans les cellules T CCR6+. Nous avons démontré que les inhibiteurs du complexe mTORC1 (rapamycin) ou mTORC1/2 (INK128) abrogent les effets de l’AR sur la réplication/réactivation du VIH dans les cellules T CCR6+. De plus, de hauts niveaux d’expression de CCR5 et de mTOR phosphorylé ont été observés dans les cellules T CCR6+ qui ont infiltré le colon des individus sous TAR, ce qui fournit une explication à la permissivité et à la persistance préférentielle du VIH dans ces cellules.

Sur la base de ces travaux démontrant que le VIH cible sélectivement les cellules CCR6+Th17 à tropisme intestinal via des mécanismes mTOR-dépendants, nous avons testé l’administration clinique de la metformine, un agent inhibiteur de mTOR chez des sujets vivant avec le VIH sous TAR dont les résultats constituent la deuxième partie de cette thèse. Dans le cadre de ces travaux, nous avons exploré les effets de la metformine sur la taille des réservoirs du VIH dans le colon et sur la diminution de l’inflammation persistance chez les participants. Malgré une réduction subtile des marqueurs plasmatiques de l'inflammation et des altérations de la barrière intestinale, la metformine a diminué de manière significative plusieurs paramètres dans le colon incluant la fréquence/activation des lymphocytes T CD4+ et l'expression du mTOR phosphorylé dans les cellules T CCR6+. Ces modulations sont associées, chez 68% des participants, à une réduction de la transcription résiduelle du VIH dans le colon.

Finalement, dans une stratégie alternative, nous avons exploré la possibilité de restaurer les fonctions effectrices des cellules Th17 dans le but de rétablir l’immunité mucosale chez les personnes traitées séropositives pour le VIH. Des études précédentes au laboratoire ont identifié PPAR, exprimé dans cellules Th17, comme un régulateur négatif de la transcription du VIH et de RORC, le facteur de transcription spécifique aux cellules Th17. Dans la troisième partie de cette thèse, nous avons exploré les effets de l’inhibition pharmacologique de l’activité de PPAR dans une stratégie de type « shock and kill » pour éradiquer le VIH de l’organisme tout en promouvant les fonctions effectrices des cellules Th17. Nos résultats montrent que l’antagoniste de PPARγ T0070907 entraîne une augmentation de la production d’IL-17A et de la transcription du VIH. Contre toute attente, T0070907 inhibe également la libération des virions et la réplication du VIH in vitro. Les études du profil transcriptionnel au niveau du génome entier ont révélé de multiples voies de signalisation et transcrits modulés par l’antagoniste de PPARγ, incluant : i) une diminution des facteurs impliqués dans la permissivité au VIH (e.g., CCR5, furine); ii) une augmentation de ceux relatifs à la restriction par le VIH (e.g., TRIM22, BST2, miR29) et iii) une augmentation des fonctions effectrices Th17 (e.g., RORγt, STAT3, BCL6, IL-17A/F, IL-21). D’une importance majeure, T0070907 augmente considérablement la production d’IL-21, une cytokine essentielle à la survie des cellules Th17, présentant des propriétés d’une part immuno-régulatrices et d’autre part antivirales.

En conclusion les travaux de cette thèse désignent les cellules T CCR6+ comme étant des cibles thérapeutiques de choix dans les stratégies de guérison/rémission du VIH, notamment au niveau de l’intestin. Ces études proposent l’utilisation des drogues avec des effets immunomodulateurs, notamment des inhibiteurs de mTOR ou des antagonistes de PPARγ, pour des stratégies de rémission/éradication du VIH chez les personnes sous TAR.

Human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) causes a chronic infection characterized by a progressive loss of CD4+ T-cells and an increased susceptibility to opportunistic infections in people living with HIV (PLWH). Th17-polarized CD4+ T-cells play an important role in mucosal immunity and in the maintenance of the intestinal barrier integrity. Mucosal Th17 cells are also the first and main targets of HIV infection and are rapidly depleted after infection, especially in the intestinal mucosa. Antiretroviral therapy (ART) does not restore the frequency and function of intestinal Th17 cells. The paucity of Th17 cells increases the risk of non-AIDS comorbidities in ART-treated PLWH. Thus, it is important to identify additional therapeutic strategies to restore mucosal immunity in these individuals. Previous laboratory studies have shown that HIV persists preferentially in colon- infiltrating CCR6+Th17-polarized T-cells from aviremic subjects on ART. In addition, induction of intestinal tropism via retinoic acid (RA) preferentially increases the permissiveness to HIV infection of CCR6+ T-cells. At the beginning of my Ph.D. training, molecular mechanisms underlying HIV permissiveness in gut-homing CCR6+ T-cells remained to be elucidated in view of the identification of new antiviral and immune-regulatory therapeutic strategies.The first part of this thesis demonstrated that the induction of intestinal tropism via AR activates the Akt/PI3K/mTORC1 pathway in CCR6+ T-cells. We have shown that mTORC1 (rapamycin) or mTORC1/2 (INK128) inhibitors abrogate the effects of AR on HIV replication/reactivation in CCR6+ T-cells. In addition, high levels of CCR5 and phosphorylated mTOR were observed in colon infiltrating CCR6+ T-cells from ART-treated PLWH, providing an explanation for the permissiveness and preferential persistence of HIV in these cells. This work demonstrating that HIV selectively targets gut-homing CCR6+ T-cells via mTOR-dependent mechanisms, prompted us to investigate the clinical benefits of metformin, an indirect mTOR inhibitory well-tolerated drug, in ART-treated PLWH. Thus, in the second part of this thesis, we explored the effects of metformin on the size of HIV reservoirs in the colon and on the persistent inflammation. Despite a subtle reduction in plasma markers of inflammation and alterations of the intestinal barrier, metformin significantly decreased several parameters in colon infiltrating T-cells, including a decrease of the frequency/activation of CD4+ T-cells and a decrease of the phosphorylated mTOR expression. These modulations were associated, in 68% of the participants, to a reduction of the residual HIV transcription in the colon. Finally, in an alternative strategy, we explored the possibility of restoring the effector functions of Th17 cells in order to restore mucosal immunity in ART-treated PLWH. Previous studies in the laboratory identified the expression of PPAR in Th17 cells as a negative regulation of HIV and RORC transcription. In the third part of this thesis, we explored the effects of the pharmacological inhibition of PPAR activity as a « shock and kill » strategy for the HIV eradication and amplification of Th17 effector functions. Our results demonstrated that the PPARγ antagonist T0070907 leads to an increase in IL-17A production and in HIV transcription. Unexpectedly, T0070907 inhibited virion release and HIV replication in vitro. Whole genome transcriptional profile studies revealed multiple signaling genes/pathways modulated by the PPARγ antagonist, including: i) a decrease expression of factors involved in HIV permissiveness (e.g., CCR5, furin); ii) an increase expression of HIV restriction/resistance (e.g. TRIM22, BST2, miR29) and iii) an increase of genes related to Th17 effector functions (e.g. RORγt, STAT3, BCL6, IL-17A / F, IL-21). Of major importance, PPAR antagonism significantly increases the production of IL-21, a cytokine with properties acting as immunoregulatory and antiviral shares. In conclusion the work of this thesis designates the CCR6+ T cells as being key therapeutic targets, especially in the intestine and proposes to further explore the clinical benefits of using immune-modulatory drugs such as mTOR inhibitors or PPARγ antagonists for HIV cure/remission strategies in ART-treated PLWH.