Infection des macrophages par le VIH-1 : facteurs moléculaires impliqués dans la production virale et dans le développement de bactéries opportunistes

Infection of macrophages with HIV-1 : molecular factors involved in viral production and the development of opportunistic bacteria

• Auteur / Autrice : Gabrielle Lê-Bury
• Direction : Florence Niedergang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Infectiologie
• Date : Soutenance le 24/10/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Descartes (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Meresse
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florence Niedergang, Stéphane Meresse, Raphaël Gaudin, Thomas Henry, Emma Colucci-Guyon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Raphaël Gaudin, Thomas Henry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Macrophages

Infections

VIH (virus)

Mots clés libres

Macrophage

Phagocytose

VIH-1 (Virus de l'Immunodéficience Humaine de type 1)

VCC (Virus Containing Compartment)

SLC (Solute Carrier)

Salmonella typhimurium

Pyroptose

Inflammasome

Macrophage

Phagocytosis

HIV-1 (Human Immunodeficiency Virus type 1)

VCC (Virus Containing Compartment)

SLC (Solute Carrier)

Salmonella typhimurium

Pyroptosis

Inflammasome

Résumé

Le Virus de l'Immunodéficience Humaine de type 1 (VIH-1) infecte les macrophages. Contrairement aux lymphocytes T CD4+, les macrophages résistent aux effets cytotoxiques du virus et représentent un réservoir pour ce pathogène. Dans ces cellules, le virus est produit et stocké dans un compartiment intracellulaire spécifique appelé VCC (Virus-Containing Compartment). Ce compartiment à pH neutre, transitoirement connecté à la membrane plasmique, reste cependant très peu caractérisé. Par ailleurs, le VIH-1 induit une perturbation des fonctions des macrophages, permettant ainsi le développement de bactéries opportunistes, telles que des souches particulières de Salmonella Typhimurium. Nous avons étudié en particulier des souches de Salmonella Typhimurium invasives non typhiques qui se sont développées, chez des patients séropositifs. Les objectifs de ma thèse ont donc été d'étudier, dans les macrophages primaires humains, les facteurs moléculaires impliqués dans la production du VIH-1 et le développement de souches invasives de Salmonella Typhimurium. Dans un premier temps, j'ai contribué à étudier les effets de l'infection par le VIH-1 sur les fonctions des macrophages. Leur fonction majeure est la phagocytose qui est un mécanisme de défense contre les pathogènes permettant leur internalisation et leur dégradation. Il avait déjà été montré au laboratoire que l'étape d'internalisation était en partie inhibée par le facteur de virulence Nef dans les macrophages infectés. Dans ce travail, nous avons montré que l'infection de ces cellules par le VIH-1 inhibe également la maturation des phagosomes, mais via la protéine virale Vpr. Nous avons aussi mis en évidence que le VIH-1 conduit le macrophage dans en état de pré-activation, mais empêche la cellule de répondre à un stimulus ultérieur comme une surinfection bactérienne. Dans un second temps, j'ai participé à l'étude des coinfections entre VIH-1 et les bactéries Salmonella Typhimurium invasives, qui ont émergé avec l'infection par le virus, en comparaison avec des souches de référence. Ce travail nous a permis de montrer que les bactéries, pour leur survie, n'exploitent pas le compartiment viral dans les macrophages co-infectés. J'ai ensuite observé que la souche invasive de Salmonella Typhimurium induit moins de mort cellulaire par pyroptose qu'une souche de référence. J'ai alors déterminé les voies de signalisation en amont de cette mort cellulaire qui est associée à un mécanisme inflammatoire. Ainsi, j'ai mis en évidence que la souche invasive de Salmonella détourne les mécanismes de pyroptose et survit mieux dans les macrophages, ce qui pourrait expliquer la dissémination observée chez les patients. Enfin, j'ai initié l'étude de nouveaux facteurs cellulaires impliqués dans la production virale par les macrophages. À la suite d'une analyse transcriptomique sur des macrophages primaires humains infectés ou non par le VIH-1, nous avons identifié un nombre important de transporteurs membranaires appelés SLC (Solute Carrier) dont l'expression est modulée par l'infection. Après la sélection de candidats, j'ai pu mettre en évidence que certains de ces SLC étaient importants pour la production virale par les macrophages. En conclusion, l'ensemble de ces travaux contribue à définir comment le VIH-1 infecte les macrophages et diminue leurs fonctions d'activation et de clairance, et comment se développent des bactéries opportunistes pathogènes.

Human Immunodeficiency Virus type 1 (HIV-1) infects macrophages. In contrast to CD4+ T cells, macrophages are resistant to the cytotoxic effects of the virus and represent a reservoir for the pathogen. In these cells, the new virions are produced and stored in a specific intracellular compartment called Virus-Containing Compartment (VCC). This non-acidic compartment, transiently connected to the plasma membrane, remains poorly characterized. In addition, HIV-1 induces an alteration of macrophage function, allowing the development of opportunistic bacteria, such as specific strains of Salmonella Typhimurium. In particular, we studied invasive non-typhoidal Salmonella Typhimurium (iNTS) strains that developed in HIV-positive patients. The aims of my thesis have been to identify the molecular factors involved in the production of HIV-1 in primary human macrophages and to study the development of the invasive strains of Salmonella Typhimurium. First, I participed in studying the effects of HIV-1 infection on macrophage function. Their main role is phagocytosis, which is a defense mechanism enabling internalization and degradation of pathogens. It has previously been shown in the host laboratory that in HIV-1 infected macrophages, the internalization step is partially inhibited by the virulence factor Nef. In this work, we have shown that the infection of these cells by HIV-1 also inhibits the maturation of phagosomes, in this case, via the viral protein Vpr. Further, we have demonstrated that HIV-1 leads to a pre-activation state of the macrophage, while preventing the cell from responding to subsequent stimuli, such as bacterial superinfection. Secondly, I studied the coinfections between HIV-1 and an invasive strain of Salmonella Typhimurium that was compared to reference strains. This work demonstrated that bacteria do not hijack the viral compartment for their survival in co-infected macrophages. Additionally, the invasive strain of Salmonella Typhimurium was observed to induce less cell death by pyroptosis than a reference strain. The signaling pathways upstream of this cell death were determined to be associated with an inflammatory mechanism. Hence, it was demonstrated that the invasive strain of Salmonella hijacks the mechanism of pyroptosis to survive in macrophages. This may explain the dissemination observed in patients. Finally, a study of new cellular factors involved in viral production in macrophages was conducted. Following a transcriptomic analysis of human primary macrophages infected, or not, with HIV-1, we identified a large number of membrane transporters called SLC (Solute Carrier) whose expression was modulated by the infection. After selecting some of the candidates for further study, I have demonstrated that some of these SLCs are important for viral production in macrophages. In conclusion, this work contributes to defining how HIV-1 infects macrophages and disturbs their activation and clearance functions, and how opportunistic pathogenic bacteria develop.