Etude de la transmission intercellulaire du VIH-1 vers les macrophages par fusion cellule-cellule

Mechanisms of intercellular transmission of HIV-1 to macrophages via cell-cell fusion

• Auteur / Autrice : Remi Mascarau
• Direction : Christel Vérollet, Brigitte Raynaud-Messina
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Soutenance le 14/10/2022
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de pharmacologie et de biologie structurale (Toulouse ; 1996-....)
• Jury : Président / Présidente : Denis Hudrisier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Benaroch
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Clare Jolly, Mickaël Ménager

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lymphocytes T

Infections

Macrophages

VIH (virus)

Mots clés libres

VIH-1

Transfert viral

Macrophages

Fusion cellule-cellule

Podosomes

HIV-1

Viral Transfer

Macrophages

Cell-cell fusion

Podosomes

Résumé

Malgré les avancées réalisées dans le traitement de l'infection par le VIH, il est toujours impossible d'éradiquer le virus chez les patients infectés. Ceci est en partie dû à l'infection des macrophages qui sont une cible d'importance pour le virus puisqu'ils sont impliqués dans la transmission, sa dissémination et sa persistance. Il apparaît primordial de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans l'infection de ce type cellulaire ainsi que les fonctions des macrophages infectés. Concernant les mécanismes d'infection, les macrophages sont peu permissifs à l'infection par particules virales libres et les lymphocytes T CD4 représentent les principales cibles du virus. Nous avons émis l'hypothèse que la transmission intercellulaire du virus des lymphocytes T infectés aux macrophages est le mode d'infection prépondérant in vivo. Les travaux présentés ici montrent que le mécanisme de fusion des macrophages avec des lymphocytes T infectés est la voie la plus rapide et la plus efficace pour la propagation du virus in vitro. Ce processus a été validé avec l'utilisation de lymphocytes T primaires, ainsi que de macrophages résidents provenant de différents tissus. La capacité des macrophages à fusionner avec des lymphocytes T est régulée par l'état de polarisation des macrophages, avec une forte inhibition de celle-ci dans un contexte pro-inflammatoire. Une analyse en microscopie a permis de montrer l'établissement d'une structure d'adhérence spécifique entre les lymphocytes T infectés et les macrophages, avec un recrutement d'intégrines et d'actine. Sur le plan moléculaire, nous avons identifié de la tétraspanine CD81 des macrophages comme un inhibiteur de l'infection. Cette protéine initie une cascade d'événements qui active la GTPase RhoA et la myosine IIA. Ceci résulte en un réseau d'actomyosine cortical fort, défavorable à la fusion entre les deux types cellulaires. Cette partie de mes travaux met ainsi en lumière un modèle original d'infection des macrophages et sa régulation. Une des conséquences de l'infection par le VIH est l'apparition d'une fragilité osseuse chez les patients. Bien que cette tendance ostéoporotique soit multifactorielle, elle est notamment caractérisée par une augmentation de l'activité des ostéoclastes, des cellules myéloïdes responsables de la dégradation des matrices osseuses. Dans ce contexte, nous avons examiné la participation des macrophages infectés par le VIH dans l'augmentation de l'activité ostéolytique. Nos travaux ont montré que les macrophages infectés expriment certaines caractéristiques d'ostéoclastes telles que la multinucléation, l'expression de l'intégrine β3 et la GTPase RhoE, et la formation de structures spécifiques d'actine au contact de l'os. Cependant, ces cellules ne sont pas capables de dégrader la matrice osseuse. Nous avons également observé que ces cellules sécrètent des niveaux significatifs de RANKL, la principale cytokine promouvant la différenciation des ostéoclastes. Cette sécrétion est insuffisante pour stimuler la multinucléation des précurseurs d'ostéoclastes mais augmente leur capacité à migrer. Ainsi, nous proposons que, par leur sécrétion de cytokines, les macrophages infectés par le VIH-1 contribuent à créer un microenvironnement qui favorise le recrutement des précurseurs d'ostéoclastes et participent aux troubles osseux observés chez les patients infectés. Dans l'ensemble, les résultats générés permettent une meilleure compréhension des mécanismes promouvant l'infection des macrophages par le VIH et des répercussions de cette infection sur le phénotype observé chez les patients. A terme, ces éléments pourront être utilisés à des fins thérapeutiques pour limiter la propagation du virus et les conséquences de l'infection sur le long terme.

Despite the important advances in the treatment of HIV infection, it is still not possible to completely eradicate the virus in infected patients. This is in part due to the infection of macrophages that are a key target for HIV. Indeed, they are known to be involved in multiple steps of transmission, dissemination and persistence of the virus. Thus, it is of importance to better understand the mechanisms promoting their infection, and how HIV affects the functions of infected macrophages. Regarding the mechanisms of infection, macrophages are poorly permissive to HIV, and CD4 T cells are the main target of the virus. We made the hypothesis that cell-to-cell transfer of the virus from infected T cells to macrophages is the main mode of infection in vivo. The work presented here show that cell fusion between macrophages and HIV-infected CD4 T cells is the most rapid and efficient pathway for virus dissemination in vitro. This process has been validated by using primary T cells, but also resident macrophages extracted from different types of tissues. Although being an efficient way to infect macrophages, cell fusion is regulated by the polarization status of macrophages and is strongly inhibited in pro-inflammatory conditions. Microscopic analysis of T cell-macrophage interactions showed the establishment of a specific adhesion structure between both cell types, with accumulation of β2 integrins and polymerized actin. At the molecular level, we identified the CD81 tetraspanin expressed by macrophages as an inhibitor of infection. This membrane protein induces activation of the RhoA GTPase and subsequent phosphorylation of myosin IIA. This results in a strong actomyosin cortex unfavourable to cell fusion between both cell types. In conclusion, this works sheds light on an original model of macrophage infection by HIV and its regulation. A consequence of HIV infection is an increased susceptibility to bone defects in patients. Although being regulated by multiple parameters, this osteoporotic phenotype is characterized by an increased activity of osteoclasts. Indeed, this myeloid cell type is specialized in bone resorption and is important for the normal remodelling of this tissue. In this context, we evaluated the role of macrophages infected by HIV in the increase in osteolytic activity. Our work shows that, upon HIV infection, macrophages display some characteristics of osteoclasts such as multinucleation, expression of β3 integrin and RhoE GTPase, and are able to form specific actin structures at the interface with bone. However, these cells are not able to resorb bone matrices. Interestingly, infected macrophages secrete significant levels of RANKL, the main cytokine promoting osteoclast differentiation. This secretion is not sufficient to induce multinucleation of osteoclast precursors. However, it promotes their ability to migrate. Thus, we propose that, via their cytokine secretion, infected macrophages contribute to create a microenvironment promoting osteoclast recruitment, and then participate to the bone defects observed in vivo. Altogether, these results suggest a indirect and detrimental role of HIV-infected macrophages on the bone phenotype observed in patients. As a whole, the results generated in this work allow for a better understanding of the mechanisms promoting macrophage infection by HIV. It also underlies the role of this cell type in the pathology associated to infection. In addition, these findings may be used to identify new therapeutic target to limit propagation of the virus and its long-term consequences in infected patients.