Corécepteurs d'entrée du VIH-1 et tropisme cellulaire lors du transfert et de la dissémination viral intercellulaire dans les macrophages

HIV-1 entry co-receptor usage and cell-tropism during cell-to-cell transfer and dissemination in macrophage

• Auteur / Autrice : Mingyu Han
• Direction : Serge Bénichou, Jean-Christophe Pagès
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Infectiologie
• Date : Soutenance le 17/11/2022
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Cochin (Paris ; 2002-....)
• Jury : Président / Présidente : Alexandre Benmerah
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexandre Benmerah, Alexandra Trkola, Martine Braibant, Christel Vérollet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alexandra Trkola, Martine Braibant

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tropisme

Macrophages

VIH (virus)

Mots clés libres

HIV-1

Macrophage

Fusion cellulaire

Transmission

Corécepteur

Tropisme

Spermine

HIV-1

Macrophage

Cell-Cell fusion

Transmission

Co-Receptor

Viral tropic

Cellular-Tropism

Spermine

Résumé

Outre les lymphocytes T CD4+, les macrophages sont de plus en plus reconnus comme des cellules cibles du VIH-1 impliquées dans la pathogenèse et la persistance de l'infection, y compris lors de la transmission sexuelle et de a dissémination précoce du virus dans les tissus lymphoïdes et non lymphoïdes où ils peuvent constituer des réservoirs viraux persistants. Paradoxalement, les tests d'infection réalisés in vitro suggèrent que les isolats viraux primaires sont principalement T-tropiques (ou non-M tropiques) et rarement macrophages-tropiques (M-tropiques). On suppose que ces derniers apparaissent en cas de pénurie de lymphocytes T CD4+ dans des tissus tels que le cerveau ou à un stade avancé de l'infection lorsque le nombre de lymphocytes T CD4 diminue. Les tests visant à qualifier le tropisme des souches virales du VIH-1 reposent sur l'utilisation de particules virales libres pouvant ne pas refléter pleinement les conditions d'une infection in vivo des macrophages par transfert viral intercellulaire. En outre, la transmission principalement sexuelle du VIH-1 fait du sperme le principal vecteur de dissémination virale. Malgré la présence de variants viraux du VIH-1 au tropisme mixte chez le donneur infecté, la quasi-totalité des virus transmis sexuellement utilisent CCR5 comme corécepteur d'entrée suggérant que des composants du liquide séminal pourraient être responsables de la restriction à la transmission sexuelle des virus utilisant CXCR4.. L'objectif principal de notre travail a consisté à étudier et comparer la capacité de virus exprimant des glycoprotéines d'enveloppe primaire (Env), utilisantCCR5 et/ou CXCR4, isolés à différents stades de l'infection et notamment des souches virales transmises sexuellement, à infecter les macrophages par sous la forme de virus libres ou par transfert intercellulaire à partir de lymphocytes T CD4 infectés. Nos résultats montrent que la plupart des virus analysés sont incapables d'entrer les macrophages en tant que particules virales libres. En revanche, tous les virus peuvent être efficacement transférés vers le macrophage à partir de lymphocytes T CD4+ infectés. Nous avons montré que le transfert viral s'effectue par un mécanisme de fusion cellulaire dépendante de l'enveloppe virale des lymphocytes T infectés avec les macrophages cibles, conduisant à la formation de cellules géantes multinucléées infectées de manière productive. Par rapport à l'infection par du virus libre, nos résultats montrent que les contacts entre les lymphocytes T infectés et les macrophages permettent des interactions accrues des enveloppes virales des virus M-tropiques, mais également initialement caractérisés comme non M-tropiques, avec les récepteurs CD4 et CCR5. De plus, nous avons montrés , qu'aux concentrations présentes dans le sperme, ls polyamines et notamment la spermine et la spermidine, sont capables de se lier au corécepteur CXCR4 inhibant sélectivement l'infection par les virus utilisant CXCR4mais n'exercent aucun effet sur les virus utilisant CCR5. Nos résultats indiquent que les polyamines séminales constituent une des barrières biologiques longtemps recherchées qui limite la transmission sexuelle des virus utilisant CXCR4 comme corécepteur d'entrée. L'ensemble de nos résultats permettent de mieux comprendre les mécanismes de dissémination du VIH-1 au cours de l'infection naturelle, et notamment lors de la transmission sexuelle du virus à travers les muqueuses génitales et rectales, mais également la propagation du virus dans les cellules cibles et dans les tissus lymphoïdes et non lymphoïdes, ainsi que l'établissement des réservoirs tissulaires viraux.

In addition to CD4+ T lymphocytes, macrophages are increasingly recognized as HIV-1 target cells involved in the pathogenesis and persistence of infection. including sexual transmission and early virus dissemination in both lymphoid and nonlymphoid tissues where they can constitute persistent virus reservoirs. Paradoxically, in vitro infection assays suggest that virus isolates are predominantly T-tropic (or non-M-tropic) and rarely macrophage-tropic (M-tropic). The latter are assumed to emerge under CD4+ T-cell paucity in tissues such as the brain or at late stage when the CD4 T-cell count declines. Assays to qualify HIV-1 tropism use cell-free viral strains rely on the use of free virus particles that may not fully reflect the conditions of in vivo macrophage infection through cell-to-cell viral transfer. Besides, sexual transmission makes primary vector for viral dissemination Despite the presence of HIV-1 viral variants with mixed tropism in the infected donor, almost all sexually transmitted viruses use CCR5 as an entry co-receptor suggesting that seminal fluid components may be responsible for the restriction of sexual transmission of of CXCR4-using viruses. The main objective of our work was to study and compare the ability of viruses expressing primary envelope glycoproteins (Envs) with CCR5 and/or CXCR4 usage from different stages of infection, including transmitted /founder Envs, to infect macrophage by a cell-free mode and through cell-to-cell transfer from infected CD4+ T cells. Our results show that most viruses were unable to enter macrophage; as cell-free particles. In contrast, all viruses could be effectively cell-to-cell transferred to macrophage from infected CD4+ T cells. We further showed that viral transfer proceeded through Env-dependent cell-cell fusion of infected T cells with macrophage targets, leading to the formation of productively infected multinucleated giant cells. Compared to cell-free infection, infected T-cell/macrophage contacts showed enhanced interactions of R5 M- and non-M-tropic Envs with CD4 and CCR5, resulting in a reduced dependence on receptor expression levels on macrophage for viral entry. At concentrations present in semen, polyamines, including spermine and spermidine, are able to binds CXCR4 co-receptor and selectively inhibits cell-free and cell-associated X4 HIV-1 infection of cell lines and primary target cells, while having no effect on R5 viruses. Our findings suggest that seminal polyamines constitute one of the long-sought gate keeper that restricts sexual CXCR4-using HIV-1 transmission. Together, our findings likely impact different stages of the pathophysiology of HIV-1 infection regarding viral sexual transmission through genital and rectal mucosa, viral spreading in target cells and in lymphoid and non-lymphoid tissues, as well as establishment of the viral tissue reservoirs.