Rôle de la conformation des glycoprotéines de l’enveloppe du VIH-1 dans la réponse cytotoxique cellulaire dépendante des anticorps et impact des protéines virales Nef et Vpu

Abstract

Alors que d’énormes efforts sont mis de l’avant pour mettre en place des stratégies thérapeutiques contre l’infection au VIH-1, il est nécessaire de mieux cerner les déterminants viraux qui aideront à l’efficacité de celles-ci. En ce sens, une volumineuse littérature scientifique suggère que les anticorps contre le VIH-1 possédant une capacité à induire une réponse effectrice dépendante de leur portion Fc puissent jouer un rôle important dans la prévention de l’infection et dans la progression de la maladie. Cependant, peu d’information est disponible concernant les déterminants reconnus par ces anticorps et comment le virus s’en protège. Le but des travaux présentés dans cette thèse est donc d’élucider les mécanismes viraux contrôlant la reconnaissance des cellules infectées par ces anticorps capables d’induire une réponse effectrice. De par les corrélats de protection identifiés au cours de l’essai vaccinal RV144, les travaux présentés ici se concentrent sur la réponse cytotoxique dépendante des anticorps (ADCC), puisqu’il s’agit d’une réponse effectrice suggérée pour avoir joué un rôle dans la protection observée dans le RV144, seul essai vaccinal anti-VIH à avoir démontré un certain degré de protection. De plus, plusieurs anticorps capables d’induire cette réponse contre le VIH sont connus pour reconnaître les glycoprotéines de surface du virus (Env) dans une conformation dite ouverte, c’est-à-dire la conformation adoptée lors de la liaison d’Env avec son récepteur CD4 (épitopes CD4i). Nous avons mis au point deux techniques in vitro permettant d’étudier ces changements de conformation ainsi que leur impact sur la réponse ADCC.

Les techniques mises au point, un ÉLISA sur base cellulaire pour mesurer les changements de conformation d’Env ainsi que la mesure de la réponse ADCC par cytométrie en flux, nous ont permis de démontrer comment le virus empêche l’exposition des épitopes d’Env CD4i. L’activité simultanée des protéines accessoires virales Nef et Vpu sur le retrait du récepteur CD4 de la surface des cellules infectées et l’inhibition du facteur de restriction Tétherine / BST-2 par Vpu contrôlent à la fois les niveaux d’Env et de CD4 à la surface cellulaire et donc modulent l’interaction Env-CD4 et ultimement la susceptibilité à la réponse ADCC contre les épitopes CD4i reconnus par des anticorps hautement prévalents lors de l’infection au VIH. Également, nous démontrons comment de petits composés mimant la liaison de CD4 sur Env sont capables de forcer l’exposition des épitopes CD4i, même en présence des protéines Nef et Vpu, et donc d’augmenter la susceptibilité des cellules infectées à la réponse ADCC. Une autre découverte présentée ici est la démonstration que la portion soluble d’Env produite par les cellules infectées peut interagir avec le récepteur CD4 des cellules non-infectées avoisinantes et induire leur reconnaissance et élimination par la réponse ADCC contre Env.

Somme toute, la modulation de la réponse ADCC par l’interaction Env–CD4 représente un important pilier de la relation hôte – pathogène du VIH-1 de la perspective des réponses Fc-dépendantes. Les travaux présentés dans cette thèse ont le potentiel d’être utilisés dans l’élaboration de nouvelles stratégies antivirales tout en élargissant les connaissances fondamentales de cette interaction hôte – pathogène.

While huge efforts are put forth to develop therapeutic strategies against HIV-1 infection, it is necessary to better understand the viral determinants that will help the effectiveness of these approaches. Moreover, a voluminous scientific literature suggests that antibodies against HIV-1 that have the ability to induce an Fc-mediated effector response can play an important role in the prevention and control of the disease. However, little information is available regarding the determinants recognized by these antibodies and how the virus protects itself from this response. The aim of the work presented in this thesis is therefore to better elucidate the viral mechanisms controlling recognition of infected cells by antibodies capable of inducing effector responses. In regards to the correlates of protection identified in the RV144 vaccine trial, the work presented here focuses on antibody-dependant cellular cytotoxicity (ADCC), since this effector response was suggested to have played a role in the protection observed in the RV144 trial. In addition, many antibodies that induce this response against HIV are known to recognize the virus surface glycoprotein (Env) in an open conformation, that is to say, the conformation adopted by the binding of Env with the CD4 receptor (CD4i epitopes). We have developed two in vitro techniques to study these conformational changes and their impact on ADCC responses. The techniques developed, a cell-based ELISA to measure Env conformational changes and the measure of ADCC responses by flow cytometry, allowed us to demonstrate how the virus prevents exposure of Env CD4i epitopes. The simultaneous activity of viral accessory proteins Vpu and Nef on the removal of CD4 from the surface of infected cells and the Vpu-mediated inhibition of the restriction factor Tetherin / BST-2 control both Env and CD4 levels at the cell surface, thus modulating Env-CD4 interaction. This ultimately results in a decrease in the susceptibility of infected cells to ADCC responses against CD4i epitopes recognized by antibodies that are highly prevalent during HIV infection. Also, we demonstrate how using small compounds mimicking the CD4 binding of Env forces the exposure of CD4i epitopes, even in the presence of Nef and Vpu proteins, and therefore increases the susceptibility to ADCC responses against infected cells. Another discovery is presented here that demonstrates how the soluble portion of Env produced by infected cells can interact with the CD4 receptor on the bystanders non-infected cells and induce their recognition and elimination by ADCC responses against Env. Overall, the modulation of ADCC responses by Env-CD4 interaction is an important pillar of HIV-1 host – pathogen interaction from the perspective of Fc effector functions. The work presented in this thesis has the potential to be used in the development of new antiviral strategies while expanding the fundamental understanding of HIV-1 host - pathogen interactions.