Mécanismes moléculaires de la réplication préférentielle du VIH-1 dans les cellules à polarisation Th1Th17 versus Th1 : rôle de PPARG dans la régulation négative de la réplication virale

Abstract

Les cellules T CD4+ humaines sont hétérogènes du point de vue de la permissivité à l’infection par le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1). Notre laboratoire a préalablement démontré que les cellules Th1 à phénotype CXCR3+CCR6- sont relativement résistantes à l’infection par le VIH-1 alors que les cellules Th1Th17 à phénotype CXCR3+CCR6+ y sont hautement permissives. La réplication du VIH dépend de plusieurs facteurs cellulaires de restriction ou de permissivité agissant à différentes étapes du cycle viral. Toutefois, malgré plusieurs avancées, la compréhension des voies de signalisation cellulaire impliquées dans la régulation de la réplication du VIH est encore limitée. L’objectif majeur de ce projet de maîtrise est de caractériser les mécanismes moléculaires de la permissivité et de la résistance au VIH respectivement dans les cellules Th1Th17 et Th1. Ce mémoire est divisé en quatre parties qui visent: (i) l’identification des voies canoniques et des fonctions biologiques différemment régulées dans les cellules Th1Th17 versus Th1 par l’analyse de leur transcriptome au niveau du génome entier; (ii) la validation de l’expression différentielle des gènes d’intérêt identifiés par biopuces au niveau des transcrits et des protéines; (iii) la caractérisation du rôle fonctionnel de certains de ces facteurs (i.e., PPARG, AhR) sur la réplication du VIH dans les cellules Th1Th17 versus Th1; et (iv) l’identification du niveau auquel ces facteurs interfèrent avec le cycle de réplication du VIH. Nos résultats d’analyse du transcriptome du génome entier par Gene Set Enrichment Analysis et Ingenuity Pathway Analysis indiquent que les cellules à profil Th1Th17 sont plus susceptibles à l’activation cellulaire et à l’apoptose, favorisent plus l’inflammation et expriment moins fortement les gènes liés à la dégradation protéosomale comparé aux cellules à profil Th1. Ces différences dans la régulation de diverses voies et fonctions biologiques permettent en partie d’expliquer la susceptibilité à l’infection par le VIH dans ces cellules. Nous avons ensuite confirmé l’expression différentielle de certains gènes d’intérêt dans les cellules Th1Th17 (CXCR6, PPARG, ARNTL, CTSH, PTPN13, MAP3K4) versus Th1 (SERPINB6, PTK2) au niveau de l’ARNm et des protéines. Finalement, nous avons démontré le rôle des facteurs de transcription PPARG et AhR dans la régulation de la réplication du VIH. L’activation de la voie PPARG par la rosiglitazone induit la diminution importante de la réplication du VIH dans les cellules T CD4+, alors que l’activation de la voie AhR par les ligands exogènes TCDD et FICZ augmente de façon significative la réplication virale. Nous proposons que la voie PPARG agit comme un régulateur négatif de la réplication du VIH dans ces cellules, en interférant avec la polarisation Th17 et probablement en inhibant l’activité transcriptionnelle du facteur NF-kB. Les rôles des formes nucléaires versus cytoplasmiques du récepteur Ahr semblent être diamétralement opposés, dans la mesure où l’interférence ARN contre AhR s’associe également à l’augmentation de la réplication virale. Il est ainsi possible que la forme cytoplasmique d’AhR, connue par son activité E3 ligase, participe à la dégradation protéosomale des particules virales. Le mécanisme par lequel le AhR nucléaire versus cytoplasmique interfère avec la réplication virale est en cours d’étude au laboratoire. Cette étude représente la première caractérisation de l’expression différentielle de gènes au niveau du génome entier de sous-populations T CD4+ permissives versus résistantes à l’infection par le VIH. Nos résultats identifient de nouvelles cibles moléculaires pour de nouvelles stratégies thérapeutiques visant à limiter la réplication du VIH dans les lymphocytes T CD4+ primaires.

Human CD4+ T cells are heterogeneous in terms of permissiveness to infection by the human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1). Our laboratory previously demonstrated that Th1 cells (CXCR3+CCR6- phenotype) are relatively resistant to infection, whereas Th1Th17 cells (CXCR3+CCR6+ phenotype) are highly permissive to HIV-1. HIV replication depends on several cellular restriction or permissiveness factors acting at different stages of the viral life cycle. However, despite several advances, our knowledge on signaling pathways involved in HIV replication is still limited. The main objective of this MSc degree project is to characterize the molecular mechanisms of permissiveness and resistance to HIV in Th1Th17 and Th1 cells respectively. This thesis is divided into four parts, aiming at : (i) the identification of canonical pathways and biological functions differentially regulated in Th1Th17 vs Th1 cells through the analysis of their whole genome transcriptome; (ii) the validation of differential expression of relevant genes identified by microarrays at mRNA and protein levels; (iii) the characterization of the functional role of some of these factors (i.e. PPARG, AhR) on HIV replication in Th1Th17 versus Th1 cells; and (iv) the identification of the level at which these factors interfere with the HIV replication cycle. Our analysis of the large sets of microarray data by Gene Set Enrichment Analysis and Ingenuity Pathway Analysis indicate that Th1Th17 compared to Th1 cells are more susceptible to cell activation and apoptosis, promote superior inflammation and express at low levels genes related to the proteosomal degradation. These differences in the regulation of various biological functions and pathways can partly explain the susceptibility to HIV infection in these cells. We then confirmed the differential expression of some genes of interest in Th1Th17 (CXCR6, PPARG, ARNTL, CTSH, PTPN13, MAP3K4) versus Th1 (SERPINB6, PTK2) cells at mRNA and protein levels. Finally, we demonstrated the role of the transcription factors PPARG and AhR in the regulation of HIV replication. The activation of PPARG by rosiglitazone induces an important decrease in HIV replication in CD4+ T cells, while AhR activation by its exogenous ligands TCDD and FICZ promotes viral replication. We propose that the PPARG pathway acts as a negative regulator of HIV replication in these cells by interfering with Th17 polarization and probably by inhibiting the transcriptional activity of NF-kB. The role of nuclear versus cytoplasmic AhR appears diametrically opposed, since RNA interference against AhR is also associated with a significant increase in HIV replication. It is thus possible that the cytoplasmic form of AhR, known for its E3 ubiquitine ligase activity, is involved in proteasomal degradation of the viral particles. The mechanism by which the nuclear versus cytoplasmic form of AhR interferes with viral replication is being studied in the laboratory. This study represents the first characterization of the differential expression of genes in the entire genome of CD4+ T subpopulations permissive (Th1Th17) versus resistant (Th1) to infection by HIV. Ours results identify new molecular targets for therapeutic strategies to limit HIV replication in primary CD4+ T lymphocytes.