HIV-1 entry at the foreskin : crosstalk between the HIV-1 infected cells and the inner foreskin mucosa

• Auteur / Autrice : Zhicheng Zhou
• Direction : Morgane Bomsel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Soutenance le 05/03/2014
• Etablissement(s) : Paris 5
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biochimie, biothérapies, biologie moléculaire, infectiologie (Paris ; 2009-2013)
• Jury : Président / Présidente : Rémi Cheynier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Morgane Bomsel, Rémi Cheynier, François Lefèvre, Bruno Pozzetto, Francisco Veas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Lefèvre, Bruno Pozzetto

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cytokines

Prépuce

Cellules de Langerhans

Kératinocytes

VIH (virus)

Mots clés libres

Virus de l’immunodéficience humaine (VIH)

Kératinocytes

Cellules de Langerhans

Synapse virologique

Tslp

RANTEs

MIP-3alpha

Prépuce humain

Entrée muqueuse du VIH

Cytokines

Human immunodeficiency virus (hiv)

Keratinocytes

Langerhans cells

Virological synapse

Tslp

Rantes

Mip-3alpha

Foreskin mucosa

Hiv-1 mucosal entry

Cytokines

Résumé

Les épithéliums muqueux se présentent comme porte d’entrée majeure du virus de l’immunodéficience humaine (VIH) et jouent un rôle critique dans la transmission sexuelle du virus. Les cellules épithéliales et les cellules dendritiques dans les muqueuses pluristratifiés, sont des cibles initiales pour la transmission virale. Il a été déjà montré, sur les muqueuses génitales chez l’homme, que la circoncision réduit plus de 60% acquisition du virus chez l’homme. Les mécanismes d’entrée du VIH au niveau du tractus génital chez l’homme sont tres mal connus et pratiquement pas étudiés. Nous avons émis l’hypothèse selon laquelle le prépuce, qui est enlevé lors de la circoncision, pourrait être une porte d’entrée majeure du virus. Nous avons d’abord montré que le VIH peut pénétrer effectivement au niveau du prépuce ex vivo, la partie interne du prépuce présente plus permissive que la partie externe. De plus, le virus pénètre uniquement dans le prépuce après formation d’une synapse virologique entre la cellule infectée, présente dans les secrétions génitales et la surface muqueuse du prépuce. La formation de la synapse virologique induit le bourgeonnement massif et polarisé de virions dans la fente synaptique; ceux ci pénètrent dans l’épiderme du prépuce. À l’inverse, l’entrée du VIH sous forme de virus libre dans le prépuce est inefficace. Nous avons ensuite caractérisé la séquence des événements initiaux mis en place lors de l’entrée du VIH dans le prépuce interne. La première cellule cible immune est la cellule de Langerhans (LCs), dont le rôle physiologique est de protéger la muqueuse contre les pathogènes qui l’envahissent. Après la capture du virus les LCs migrent vers le derme pour former des conjugués cellulaires avec les cellules T CD4+ du derme. La dynamique de migration de LCs est régulée par de sécrétion de cytokines et chimiokines (RANTEs et MIP- 3alpha) induites par la pénétration du virus dans le tissu. Nous avons ensuite caractérisé les mécanismes de l’immunité mis en jeu au niveau des kératinocytes de l’épiderme lors de la formation de la synapse virologique et évalué comment ces signaux contribuent à l’entrée efficace du virus dans la muqueuse du prépuce interne chez l’homme, ex vivo. À l’aide d’un modèle cellulaire de muqueuse simplifiée basé sur des kératinocytes primaires humains ex vivo, nous avons montré que les protéines d’enveloppe du VIH , gp120 mais pas gp41, et les molécules d’adhésion (intégrines LFA-1, leurs ligands ICAM-1 and -3) contrôlent la formation de la synapse virologique. La synapse virologique induit au niveau des kératinocytes l’activation de la voie NF- B indépendentmmment de MyD88 après activation du Toll-like-receptor 4 (TLR4) exprimé par les kératinocytes. En recherchant quelle cytokine pouvait être induite par cette signalisation, nous avons montré que la synapse virologique induit la sécrétion par les kératinocytes d’une cytokine produite par les cellules non-hématopoïétiques, la thymic stromal lymphopoietin (TSLP). La TSLP est un chemoattracteur des cellules myéloïdes comme les cellules LCs et peut induire leur maturation. Nous avons ensuite montré que, sur des explants de prépuce humain ex vivo, la synapse virologique induit bien la sécrétion de TSLP, laquelle en premier lieu attire les LCs qui expriment le TSLP-récepteur vers la surface du tissus induisant leur maturation. Les LCs peuvent ensuite migrer dans l’autre sens vers le derme. La sécrétion des cytokines comme RANTEs, MIP-3alpha, qui sont impliquées lors de la pénétration effective du virus dans les tissus n’a pas de rôle dans la signalisation induite par la formation de la synapse virologique proprement dite. Les kératinocytes de l’épiderme du prépuce interne, grâce à leur réponse innée TSLP induite par la synapse virologique ont un rôle déterminant dans l’entrée du VIH dans le prépuce. Ainsi, en réponse de la synapse virologique, les kératinocytes secrètent du TSLP après activation de la voie de NF- B dépendante de MyD88. (...)

The mucosal epitheliums are presented as a major portal of HIV-1, and play a critcal role for the sexual transmission of HIV-1. Epithelial cells, and dendritic cells in the pluristratified mucosa, are the initial targets of viral transmission. It has already been shown, in the genital mucosa in men, circumcision reduces by more than 60 % of virus acqusition by men. The entry mechanisms of HIV-1 in the male urogenital tracts are poorly understood and not pratically studied. We suggested that foreskin, removal by circumcision surgery, could be a major portal of HIV-1 entry. We first showed that HIV-1 could enter efficiently ex vivo inner foreskin mucosa, the inner part of foreskin which is more permissive than the outer part. More over, virus penetrates only after the viral synapse (VS) formation between HIV-1-infected cells and foreskin epidermis, in the presence of genital secretion on the surface of foreskin mucosa. The formation of VS induces massive and polarized budding of HIV-1 particles within the synaptic cleft. The virions therefore penetrate into the foreskin epidermis. Inversely, cell-free virus entry is inefficient in the foreskin. Next, we characterized the initial events of HIV-1 VS formation in the inner foreskin. The first cell type that HIV-1 encounters is Langerhans cells (LCs), whose physiological role is to protect the mucosa against invasive pathogens. After capture of virus, LC migrates towards the dermis to form intercellular conjugates with dermal CD4+ T cells. The dynamic of LC migraiton is regulated by the secretion of cytokines in the mucosa, induced by HIV-1 entry, including RANTEs and MIP-3alpha. We then characterized the mechanisms of foreskin epidermal keratinocyte (KC), activated innate immunity during the VS formation and the signaling pathway contributed to the efficient entry of HIV-1 via inner foreskin mucosa. Using a simplified mucosal model based on human primary foreskin keratinocytes, we demonstrated that HIV-1 envelope protein, gp120, but not gp41 and the adhesion molecules (integrins LFA-1, ICAM-1/-3), contribute to the VS formation. VS induces at the KC level the activation of NF- B pathway by I B and p65 molecules, after activation of TLR4 expressed on KCs. By searching for which cytokine could be induced by this signalisation, we then showed that VS induced the secretion by KC of one cytokine, which is produced by the non-hematopoetic cells, thymic stromal lymphopoietin (TSLP). TSLP is an chemoattractant for myeloid cells like LCs, and could induce LC maturation. We then showed, using the foreskin explants that, VS induces the secretion of TSLP, which first attracts LC expressing constitutively TSLP receptors to the apical surface of foreskin, inducing its maturation. These matured LCs then migrate to another direction towards the dermis. The secretion of cytokines such as RANTEs and MIP-3alpha, involved in the HIV-1 efficient entry has no roles in the signaling induced by VS formation as mentioned above. The Inner foreskin keratinocytes, due to the innate response of TSLP induced by VS, have a determinant role in the HIV-1 entry into the foreskin. Likewise, in response to VS, KCs secrete TSLP after NF- B activation dependent on regulator MyD88. The secreted TSLP, in addition to four different proinflammatory cytokines and chemokines (IL-6, IL-8, MIG, and MMP-9) allows virus to attract LCs to the foreskin surface, to capture the virus present in the synaptic cleft in order to facilite efficient transmission at the level of foreskin mucosa. Likely to the conventional immune cells, KCs, in one hand protects the foreskin mucosa and in another, is hijacked to facilitate HIV-1 transmission.