ÉTUDE des étapes précoces du cycle DE réplicatiON du virus d

GAËL VIDRICAIRE
ÉTUDE DES ÉTAPES PRÉCOCES
DU CYCLE DE RÉPLICATION DU VIRUS
D’IMMUNODÉFICIENCE HUMAINE DE TYPE 1
DANS LES CELLULES TROPHOBLASTIQUES :
Vers une compréhension de la transmission materno-fœtale
Thèse présentée
à la Faculté des études supérieures de l’Université Laval
dans le cadre du programme de doctorat en microbiologie-immunologie
pour l’obtention du grade de Philosophiæ doctor (Ph.D.)
BIOLOGIE MÉDICALE
FACULTÉ DE MÉDECINE
UNIVERSITÉ LAVAL
QUÉBEC
2006
© Gaël Vidricaire, 2006

ii
Résumé
Plus de deux millions d’enfants dans le monde vivent actuellement avec le virus
d’immunodéficience humaine de type 1 (le VIH-1). De plus, les femmes, particulièrement
celles en âge de procréer, sont plus vulnérables à cette infection. Or, 90% des infections par
ce rétrovirus chez l’enfant sont attribuables à la transmission de la mère à l’enfant (TME).
Quoique des traitements antirétroviraux soient disponibles pour la prévenir, seulement une
infime proportion des femmes séropositives y a accès encore aujourd’hui. On estime donc
que la transmission verticale du VIH-1 est un problème de santé public alarmant, non
seulement pour les générations d’aujourd’hui, mais aussi pour celles de demain.
La contamination fœtale est l’une des voies par laquelle la TME peut se produire.
Cependant, les mécanismes qui y sont associés demeurent peu connus, particulièrement en
ce qui concerne l’infection directe des trophoblastes, éléments structuraux du placenta. Afin
d’éclaircir ce sujet, nous avons étudié, dans cette thèse, les évènements précoces du cycle
réplicatif du VIH-1 dans les trophoblastes, première étape conduisant à l’infection d’une
cellule cible.
Nous avons découvert que le mécanisme d’infection des trophoblastes est inhabituel pour
ce rétrovirus. En effet, le VIH-1, au contact de ces cellules, est internalisé par celles-ci et se
retrouve alors dans les endosomes. Nous avons établi que l’endocytose du VIH-1 se fait par
une voie indépendante de la clathrine, des cavéoles et de la dynamine-2, mais requérant
toutefois que le cholestérol membranaire soit libre. Nous avons suivi le parcours
intracellulaire des particules virales et noté qu’elles se rendaient principalement aux
endosomes tardifs, transit contrôlé par les protéines Rab5 et Rab7. Quoique ce transport
entraîne la dégradation d’une grande partie des virions, il est de façon étonnante essentiel à
leur processus infectieux dans les trophoblastes. Finalement, l’accès du VIH-1 au
cytoplasme cellulaire se fait en l’absence des protéines de l’enveloppe virale, la gp120 et la
gp41, suggérant que le virus fusionne dans les endosomes grâce à la machinerie cellulaire
présente. Les données présentées dans cette thèse décrivent donc une nouvelle voie
d’infection pour le VIH-1. La compréhension de ce processus est essentielle si l’on veut
mieux contrôler un jour la transmission mère-enfant du VIH-1 durant la grossesse et/ou
trouver des solutions alternatives aux antirétroviraux existants.

iii
Abstract
More than two million children under fifteen years of age are currently living with the
human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) worldwide and 90% of these infections are
associated with mother-to-child transmission (MTCT) of this retrovirus. Women,
particularly those of child-bearing age, are highly susceptible to HIV-1 infection. In spite of
available antiretroviral treatments to prevent MTCT, only a minority of infected women
have access to these treatments. Hence, vertical transmission of HIV-1 is an alarming
public health issue for both current and future generations.
One of the postulated models for how HIV-1 is transmitted by the mother is foetal
contamination. However, the mechanisms underlying such an event are poorly understood.
In particular, the process whereby HIV-1 may directly infect trophoblasts, the structural
cells of the placenta, is unknown. In this thesis, we have studied the early events associated
with HIV-1 life cycle in trophoblasts, the first step towards infecting a target cell.
Our data demonstrate that the mechanism whereby HIV-1 infects trophoblasts is unusual
for this retrovirus. Upon contact with these cells, HIV-1 is rapidly and massively
endocytosed. We have tracked the step-by-step movements of incoming particles and found
that HIV-1 traffics primarily towards late endosomes, via Rab5 and Rab7. Surprisingly,
although this transit leads to the degradation of the majority of the internalized virions, it is
necessary for HIV-1 to establish a productive infection in these cells. In addition, we found
that endocytosis of HIV-1 in these placental cells relies on a clathrin-, caveolae- and
dynamin-independent pathway that requires free membrane cholesterol. Finally, viral entry
occurs in the absence of the viral envelope glycoproteins, gp120 and gp41, suggesting that
HIV-1 undergoes fusion within the endosomes via the host cell machinery.
Collectively, the data presented in this thesis describe a novel infection pathway for HIV-1.
An understanding of this unique process is essential if we are to learn how to control
MTCT and/or find alternate solutions to existing antiretroviral drugs.

iv
Avant-propos
Le sujet de recherche qu’on m’a proposé au début de mes études doctorales m’a tout de
suite plu. La transmission verticale du VIH-1 est une question qui m’interpellait à la fois
comme femme, mère et chercheure. De plus, il s’agissait d’un nouveau projet pour le
laboratoire, donc tout était à faire. Ceci comportait un certain risque mais également un
beau défi.
Je n’aurais pu accomplir ce travail de recherche seule et je tiens à remercier plusieurs
personnes qui m’ont grandement épaulée. D’abord, mon directeur de thèse, le Dr Michel J.
Tremblay, qui a pris le risque de m’accepter dans son laboratoire alors que je n’avais pas
poursuivi un trajet académique régulier. La rigueur scientifique et les très grandes qualités
de gestionnaire du Dr Tremblay en font un patron exceptionnel. Je tiens aussi à souligner sa
générosité et sa très grande disponibilité. De plus, l’immense liberté qu’il m’a donnée et la
confiance qu’il m’a accordée m’ont été fort précieuses. Bref, j’ai eu la chance d’évoluer
dans un environnement scientifique incomparable.
Je me dois de remercier les Dr Benoît Barbeau et Sachiko Sato pour leurs suggestions, leurs
commentaires et leurs conseils judicieux, tant au plan technique et scientifique que
personnel. Je souligne également l’aide offerte par tous les membres de l’équipe du Dr
Tremblay, dont certains ont déjà quitté son laboratoire, mais avec qui j’ai beaucoup discuté
tout au long de mes études.
Je voudrais aussi souligner toute l’affection et le support moral que m’a prodigués toute ma
famille, particulièrement mon mari, Serge Leclerc, mes enfants, Arnaud et Alexia sans qui
je n’aurais pas su y arriver.
Finalement, je remercie sincèrement les Instituts de recherche en santé du Canada (IRSC)
pour leur support financier tout au long de mes études.

v
Je présente une thèse avec insertion d’articles. Cette thèse inclut les cinq articles suivants :
i) Vidricaire, G., Tardif, M.R., Tremblay, M.J. The low viral production in
trophoblastic cells is due to a high endocytic internalization of the human
immunodeficiency virus type 1 and can be overcome by the pro-inflammatory
cytokines tumor necrosis factor-α and interleukin-1. (2003) The Journal of
Biological Chemistry; Vol. 278, No. 18, pp. 15832–15841.
ii) Vidricaire, G., Gauthier, S., Tremblay, M.J. HIV-1 infection of human trophoblasts
is independent of gp120/CD4 interactions but relies on heparan sulfate
proteoglycans. (2005). Cet article a été soumis pour publication à la revue
scientifique Journal of Virology.
iii) Vidricaire, G., Imbeault, M., Tremblay, M.J. Endocytic host cell machinery plays a
dominant role in intracellular trafficking of incoming human immunodeficiency
virus type 1 in human placental trophoblasts. (2004) Journal of Virology;
78(21):11904-15.
iv) Vidricaire, G., Tremblay, M.J. HIV-1 infection of human polarized trophoblasts is
associated with internalization via clathrin/caveolae-independent endocytosis and
free cholesterol. (2005) Cet article a été soumis pour publication à la revue
scientifique Traffic.
v) Vidricaire, G., Tremblay, M.J. Rab5 and Rab7 but not ARF6 govern the early
events of HIV-1 infection in polarized human placental cells. (2005). Journal of
Immunology; 175(10):6517-6530.
Gaël Vidricaire est l’auteure principale de tous ces articles. Les résultats présentés à la
figure 2 de l’article 1 ont été obtenus par Mélanie Tardif, alors que ceux présentés à la
figure 6B de l’article 2 ont été générés par Sonia Gauthier. De plus, pour l’article 3,
Michael Imbeault a effectué la programmation permettant l’analyse des images obtenues
par microscopie confocale par le logiciel Metamorph et a contribué à produire les images
par le logiciel Photoshop. Outre ces trois cas, le design expérimental, l’ensemble des
expériences et la rédaction scientifique de chacun des articles ont été réalisés en totalité par
l’auteure de cette thèse. Michel J. Tremblay en a assuré la supervision scientifique.
Ces cinq articles présentés dans cette thèse correspondent de façon intégrale aux articles qui
ont été soumis pour publication ou, le cas échéant, qui sont déjà publiés.