Étude du rôle de la protéine Vpr du VIH-1 dans la modulation de la réponse immunitaire

L’infection par le VIH-1 est caractérisée par une activation chronique du système immunitaire et par une réduction graduelle du nombre de lymphocytes TCD4+, qui contribuent à une détérioration lente du système immunitaire menant à la phase SIDA. Paradoxalement, ce sont majoritairement des lymphocytes T CD4+ non infectés qui sont détruits et la cause de ce phénomène reste encore inconnue. Certaines protéines virales, dont la protéine accessoire Vpr, sont soupçonnées de jouer un rôle dans ce processus. Synthétisée tardivement, Vpr est incorporée à l’intérieur des virions, en plus d’être relâchée sous forme soluble dans le milieu extracellulaire. La principale fonction biologique de Vpr est l’induction d’un arrêt de cycle en phase G2/M, via le recrutement du complexe d’ubiquitine E3 ligase CUL4A-DDB1VprBP et l’activation de la voie de dommage à l’ADN contrôlée par la kinase ATR. Une étude démontre que l’activation des voies de dommages à l’ADN conduit à l’expression de ligands du récepteur activateur NKG2D, exprimés par les cellules NK, déclenchant leurs fonctions cytolytiques. Chose intéressante, plusieurs études suggèrent que le VIH-1 régule positivement l’expression des ligands de NKG2D à la surface des lymphocytes T CD4+ infectés. Cependant, le facteur viral impliqué dans ce processus reste encore indéfini. Le but de cette thèse était d’évaluer le rôle de Vpr dans la modulation des fonctions cytolytiques des cellules NK et son implication potentielle dans la destruction des lymphocytes T CD4+. Nos travaux ont permis de démontrer que l’expression de Vpr, seule ou dans le contexte de l’infection, est suffisante afin d’augmenter spécifiquement l’expression du ligand de NKG2D, ULBP2, au niveau de lymphocytes T CD4+ primaires. Conséquemment, Vpr augmente ainsi la susceptibilité de ces cellules à une lyse par des cellules NK autologues. Nous démontrons que cette régulation positive d’ULBP2 repose sur la capacité de Vpr de recruter le complexe d’ubiquitine E3 ligase DDB1-CUL4AVprBP et l’activation de la voie de dommage à l’ADN ATR. Plus important encore, nous apportons des preuves que Vpr augmente également l’expression d’ULBP2 au niveau des cellules non infectées lors d’une infection de lymphocytes TCD4+ par le VIH-1. À cet effet, nous montrons que l’acheminement de Vpr au niveau de lymphocytes T CD4+ non infectés via des particules virales défectives est suffisant afin de réguler positivement ULBP2 et d’augmenter leur lyse par des cellules NK autologues. De plus, nous décrivons pour la première fois que Vpr, sous forme soluble, a la capacité d’induire des dommages à l’ADN et de réguler positivement ULBP2 suite à la transduction de différents types cellulaires, incluant des cellules T. Globalement, nos résultats démontrent que Vpr est un facteur viral clé impliqué dans la régulation positive des ligands de NKG2D induite par le VIH-1. Cette régulation positive d’ULBP2 pourrait alors contribuer à la destruction des lymphocytes T CD4+ infectés et non infectés via l’activation des fonctions cytolytiques des cellules NK. Une meilleure compréhension de la contribution de cette activité de Vpr dans la pathogenèse du VIH-1 a le potentiel de permettre le développement de nouvelles cibles ou stratégies thérapeutiques contre le VIH-1. Chronic immune activation and gradual depletion of CD4+ T cells are hallmarks of HIV-1 infection, which are thought to contribute to the progressive deterioration of the host’s immune response that ultimately leads to AIDS. Paradoxically, the majority of CD4+ T cells that are destroyed are uninfected and causes for this bystander effect of infection on CD4+ T cells remains unclear. Some HIV-1 proteins, including the accessory protein Vpr, are suspected to play a role in this process. Vpr, expressed late during HIV-1 infection, is shown to be incorporated within the budding virions as well as secreted as soluble protein in the extracellular medium from the infected cells. The main biological function of Vpr is the induction of a G2/M cell-cycle arrest through the recruitment of the E3 ubiquitin ligase complex DDB1-CUL4AVprBP and activation of the ATR-mediated DNA damage pathway. One study showed that activation of DNA damage pathways leads to the expression of specific ligands for the activating receptor NKG2D expressed on NK cells, thus triggering NK cell cytolytic function. Interestingly, several evidences suggest that HIV-1 upregulates expression of specific NKG2D ligands on infected CD4+ T cells. However, the viral factor involved in this process remains undefined. The aim of this thesis was to evaluate the role of Vpr in modulating NK cell cytolytic function and its potential involvement in CD4+ T cells depletion. Our work demonstrated that the expression of Vpr, alone or in the context of HIV-1 infection, is sufficient to specifically increase expression of the NKG2D ligand, ULBP2, on primary CD4+ T cells. Consequently, these CD4 T cells become more susceptible to autologuous NK cell-mediated lysis. Our studies have shown that this Vpr-mediated ULBP2 upregulation requires the recruitment of the E3 ubiquitin ligase complex DDB1-CUL4AVprBP and the activation of the ATR-mediated DNA damage pathway. More importantly, we provide evidence that Vpr augments ULBP2 expression on both infected and uninfected bystander cells during HIV-1 infection of primary CD4+ T lymphocytes. In that context, we show that delivery of Vpr into uninfected cells via defective viral particles is sufficient to upregulate ULBP2 and increase their susceptibility to autologuous NK cell-mediated killing. In addition, we describe for the first time that soluble Vpr has the ability to induce DNA damages and upregulate ULBP2 upon transducing target cells, including T cells. Overall, our results show that Vpr is a key HIV-1 factor involved in the upregulation of NKG2D ligands induced by HIV-1. This upregulation of UBP2 might contribute to depletion of infected and uninfected CD4 + T cells through activation of NK cell cytolytic functions. A better understanding of the contribution of this new activity of Vpr in HIV-1 pathogenesis has the potential to enable the development of new therapeutic targets or therapeutic strategies against HIV-1.

Keyphrases: VIH-1, Protéines accessoires, Vpr, ATR, ULBP2, Cellules NK, NKG2D, Destruction des lymphocytes T CD4+, Virus, Vpr, ATR, ULBP2, NKG2D, HIV-1, Accessory proteins, NK cells, CD4+ T cells depletion